RU2727088C1

RU2727088C1 - Method of inputting optical radiation into speed photochronographic recorder for applying timestamps

Info

Publication number: RU2727088C1
Application number: RU2019104564A
Authority: RU
Inventors: Олег Николаевич Дулин; Андрей Евгеньевич Захаров; Владимир Геннадьевич Каменев; Виктор Михайлович Кузин; Виталий Николаевич Туркин; Алексей Сергеевич Шубин
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2020-07-17

Abstract

FIELD: optics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of high-speed photography and relates to the method of inputting optical radiation into a high-speed photochronographic recorder (HSPR) for application of time marks. Method includes insertion of optical modulated radiation into the optical system of the HSPR. Radiation input is carried out using a plane-parallel plate (PP) with a mirror reflecting surface, which is placed between an intermediate image of the analysed object, created by the input HSPR lens, and the output lens such that the geometric centre of the PP is on the optical axis of the HSPR, and the angle of inclination of the PP to the optical axis is equal to 45°. Distance between the time marks and the trace left by the unfocused image of the modulated optical radiation source on the sensitive surface of the photodetector is controlled by selecting the thickness of the PP.

EFFECT: technical result consists in exclusion of measurement error of quantitative distribution of radiation energy on image of analysed object.

1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области высокоскоростной фотосъемки при исследовании однократных быстропротекающих физических процессов с использованием скоростного фотохронографического регистратора (СФР) с зеркальной разверткой.The invention relates to the field of high-speed photography in the study of one-time fast physical processes using a high-speed photochronographic recorder (SRF) with a mirror scan.

В СФР изображение объекта, который в ходе исследуемого физического процесса формирует оптическое излучение, с помощью вращающегося зеркала перемещается по поверхности, на которой расположен чувствительный к излучению фотоприемник, представляющий фотопленку или фотоприемное устройство, выполненное в виде преобразователя матричного типа оптического изображения в электрический сигнал (А. С. Дубовик. Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. – М.: Наука, 1984. – С. 51).In the SFR, the image of an object that forms optical radiation in the course of the investigated physical process, with the help of a rotating mirror, moves along the surface on which a radiation-sensitive photodetector is located, representing a photographic film or a photodetector made in the form of a matrix-type converter of an optical image into an electrical signal (A S. Dubovik, Photographic Registration of Rapid Processes, Moscow: Nauka, 1984, p. 51).

Одной из задач, решаемых с помощью СФР, является определение интервалов времени между событиями, сопровождаемыми оптическим излучением, формируемым исследуемым объектом и регистрируемым на фотоприемнике в виде отдельных отметок. Количество отметок может достигать 10³. Интервал времени между отметками определяется как частное от деления измеренного расстояния между ними на скорость развертки изображения по чувствительной поверхности фотоприемника.One of the tasks solved with the help of the SFR is to determine the time intervals between events accompanied by optical radiation generated by the object under study and recorded on the photodetector in the form of separate marks. The number of marks can be up to 10 ³ . The time interval between the marks is determined as the quotient of dividing the measured distance between them by the speed of scanning the image over the sensitive surface of the photodetector.

Для уменьшения погрешности измерения интервалов времени с помощью СФР, связанной с неточностью определения скорости развертки изображения по фотоприемнику, одновременно с излучением от исследуемого процесса в оптическую систему СФР вводят излучение источника, формирующего световой поток, модулированный с заданной частотой, который используют для нанесения меток времени на чувствительной поверхности фотоприемника.To reduce the error in measuring time intervals using the SFR, associated with the inaccuracy of determining the scan rate of the image by the photodetector, simultaneously with the radiation from the process under study, radiation from a source that forms a luminous flux modulated at a given frequency is introduced into the optical system of the SFR, which is used to mark time on sensitive surface of the photodetector.

Известен способ ввода оптического излучения от источника модулированного оптического излучения для нанесения меток времени, заключающийся в том, что оптическое излучение вводят в оптическую систему СФР через выходной объектив с помощью оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью, при этом оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью располагают вплотную к поверхности выходного объектива, расстояние от источника излучения до поворотной призмы 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. Патент РФ № 2485565, МПК G03B 39/02, G03B 39/06, 20.06.2013. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.There is a known method of inputting optical radiation from a source of modulated optical radiation for applying timestamps, which consists in the fact that optical radiation is introduced into the optical system of the SFR through the output lens using an optical element with a mirror reflecting surface, while the optical element with a mirror reflecting surface is placed close to the surface of the output lens, the distance from the radiation source to the rotary prism is chosen equal to the distance from the intermediate image of the object under study to the output lens, the image of the modulated optical radiation source is focused on the surface of the photodetector, moving the radiation source along the optical axis directed to the optical element with a mirror reflecting surface. RF patent No. 2485565, IPC G03B 39/02, G03B 39/06, 20.06.2013. This technical solution was adopted as a prototype.

Недостатком этого способа ввода излучения от источника модулированного оптического излучения является наличие погрешности измерений количественного распределения энергии излучения на изображении исследуемого объекта, построенном оптической системой СФР на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства.The disadvantage of this method of inputting radiation from a modulated optical radiation source is the presence of an error in measuring the quantitative distribution of radiation energy in the image of the object under study, built by the optical system of the SFR on the surface of the photodetector sensitive to radiation.

Погрешность возникает в связи с экранированием части пучка лучей, поступающих в выходной объектив СФР, поворотной призмой, которая применена в прототипе в качестве элемента с зеркальной отражающей поверхностью и расположена вплотную к поверхности выходного объектива, что приводит к образованию неоднородности распределения энергии излучения на изображении исследуемого объекта.The error arises in connection with the shielding of a part of the beam of rays entering the output lens of the SFR by a rotary prism, which is used in the prototype as an element with a mirror reflective surface and is located close to the surface of the output lens, which leads to the formation of a nonuniform distribution of radiation energy on the image of the object under study ...

Техническим результатом изобретения является исключение погрешности измерений количественного распределения энергии излучения на изображении исследуемого объекта, построенном оптической системой СФР на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства.The technical result of the invention is the elimination of the measurement error of the quantitative distribution of radiation energy in the image of the object under study, built by the optical system of the SFR on the surface of the photodetector sensitive to radiation.

Исключение погрешности измерений получено за счет исключения из оптической системы СФР поворотной призмы (оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью), расположенной вплотную к поверхности выходного объектива и, тем самым, исключения эффекта экранирования части пучка лучей, поступающих в выходной объектив СФР.The elimination of the measurement error was obtained by excluding from the optical system of the SFR a rotary prism (an optical element with a specular reflecting surface) located close to the surface of the output lens and, thereby, eliminating the effect of shielding part of the beam of rays entering the output lens of the SDF.

Технический результат достигается тем, что в способе ввода в скоростной фотохронографический регистратор (СФР) оптического излучения для нанесения меток времени, заключающемся в том, что оптическое излучение от источника модулированного оптического излучения вводят в оптическую систему СФР через выходной объектив с помощью оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью, фокусируют изображение источника модулированного оптического излучения на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства, перемещая источник излучения вдоль оптической оси, направленной на оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью, в качестве оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью применяют плоскопараллельную пластину (ПП), которую располагают между промежуточным изображением исследуемого объекта, созданным входным объективом СФР, и выходным объективом таким образом, чтобы геометрический центр ПП находился на оптической оси СФР, угол наклона ПП к оптической оси был равен 45°, ПП была наклонена в сторону выходного объектива СФР для направления в него отраженного от ПП излучения, поступающего от источника модулированного оптического излучения, для получения меток времени на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства, сформированных сфокусированным излучением источника модулированного оптического излучения, отраженным одной из поверхностей ПП, фокусируют одно из двух изображений источника модулированного оптического излучения, создаваемых с помощью выходного объектива и подвижного зеркала на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства излучением, отраженным передней или задней по отношению к падающему излучению поверхностью ПП, для чего перемещают источник модулированного оптического излучения вдоль оси, которая перпендикулярна оптической оси СФР, проходит через геометрический центр ПП и составляет угол 45° с поверхностью ПП, расстояние а₁ между метками времени на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства и следом, оставленным на этой поверхности несфокусированным излучением источника модулированного оптического излучения, отраженным второй поверхностью ПП, регулируют за счет выбора толщины ПП d, связь между которыми определяется формулой: а₁ = 3,3d, след, оставленный на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства несфокусированным изображением источника модулированного оптического излучения смещают выше или ниже изображения исследуемого объекта на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства, изменяя угол наклона ПП к оптической оси СФР в пределах ±2° относительно установленного.The technical result is achieved by the fact that in the method of inputting optical radiation into a high-speed photochronographic recorder (SRF) for applying time stamps, which consists in the fact that optical radiation from a modulated optical radiation source is introduced into the optical system of the SFR through the output lens using an optical element with a specular reflective surface, the image of the modulated optical radiation source is focused on the radiation-sensitive surface of the photodetector, moving the radiation source along the optical axis directed to the optical element with a mirror reflecting surface, as an optical element with a mirror reflecting surface, a plane-parallel plate (PL) is used, which is placed between an intermediate image of the object under study, created by the input lens of the SFR, and the output lens in such a way that the geometric center of the SP is on the optical axis of the SFR, the angle of inclination of the SP to the optical axis and was equal to 45 °, the SP was tilted towards the output lens of the SFR to direct into it the radiation reflected from the SP, coming from the modulated optical radiation source, to obtain time stamps on the radiation-sensitive surface of the photodetector formed by the focused radiation of the modulated optical radiation source, reflected by one of the surfaces of the PCB, focus one of the two images of the source of modulated optical radiation, created using the output lens and the movable mirror on the surface of the photodetector sensitive to radiation by the radiation reflected by the front or rear with respect to the incident radiation by the surface of the PC, for which the source of the modulated of optical radiation along the axis, which is perpendicular to the optical axis of the SFR, passes through the geometric center of the PP and makes an angle of 45 ° with the surface of the PP, the distance a ₁ between time marks on the surface sensitive to radiation of the photodetector and the trace left on this surface by the unfocused radiation of the modulated optical radiation source, reflected by the second surface of the PCB, are controlled by choosing the thickness of the PCB d, the connection between which is determined by the formula: a ₁ = 3.3d, the trace left on the surface sensitive to radiation of the photodetector with an unfocused image of the modulated optical radiation source is shifted above or below the image of the object under study on the surface of the photodetector sensitive to radiation, changing the angle of inclination of the PP to the optical axis of the SFR within ± 2 ° relative to the set one.

На фиг. 1 приведена оптическая схема СФР с источником модулированного оптического излучения для нанесения меток времени и встроенном в оптическую схему СФР элементом с зеркальной отражающей поверхностью (поворотной призмой) в способе-прототипе.In FIG. 1 shows the optical scheme of the SFR with a source of modulated optical radiation for applying time marks and an element with a mirror reflecting surface (rotary prism) built into the optical scheme of the SFR in the prototype method.

На фиг. 2 приведена оптическая схема СФР с встроенной плоскопараллельной пластиной для ввода в СФР излучения от источника модулированного оптического излучения для нанесения меток времени в предлагаемом способе.In FIG. 2 shows the optical scheme of the SFR with a built-in plane-parallel plate for inputting radiation into the SFR from a source of modulated optical radiation for time stamping in the proposed method.

На фиг. 3 показан ход лучей при падении на поверхность ПП оптического излучения под углом 45°.In FIG. 3 shows the path of rays when optical radiation falls on the surface of the PCB at an angle of 45 °.

На фиг. 4 и 5 приведены рабочие кадры с результатами регистрации пространственно-временного распределения отметок, формируемых на чувствительной поверхности фотоприемного устройства в СФР импульсным оптическим излучением, возникающим при развитии физического процесса в исследуемых объектах, содержащих совокупность импульсных источников излучения, которые срабатывают при развитии в них физических процессов. На этих же кадрах зафиксированы метки времени, сформированные сфокусированным излучением источника модулированного излучения, отраженным одной из поверхностей ПП, и след, оставленный несфокусированным излучением источника модулированного излучения, отраженным от другой поверхности ПП. In FIG. 4 and 5 show working frames with the results of registration of the spatio-temporal distribution of marks formed on the sensitive surface of the photodetector in the SFR by pulsed optical radiation arising during the development of a physical process in the objects under study, containing a set of pulsed radiation sources that are triggered when physical processes develop in them ... The same frames show time stamps formed by the focused radiation of the modulated radiation source reflected from one of the surfaces of the PCB, and the trace left by the unfocused radiation of the modulated radiation source reflected from the other surface of the PCB.

Кадры на фиг. 4–5 отличаются количеством и расположением источников излучения в исследуемом объекте (в кадре на фиг. 4 шесть источников расположены в два ряда, в кадре на фиг 5 источники в количестве 31 установлены в один ряд), а также местом расположения в кадре меток времени (метки времени в кадре на фиг. 4 и несфокусированный след от меток смещены в нижнюю часть кадра поворотом ПП на угол, не превышающий 2° относительно первоначально установленного (45°), при этом несфокусированный след на фиг. 4 смещен за рабочую область чувствительной к излучению поверхности). The frames in FIG. 4-5 differ in the number and location of radiation sources in the object under study (in the frame in Fig. 4, six sources are arranged in two rows, in the frame in Fig. 5, 31 sources are installed in one row), as well as in the location in the frame of time stamps ( the time stamps in the frame in Fig. 4 and the unfocused trace from the marks are displaced to the bottom of the frame by rotating the PP by an angle not exceeding 2 ° relative to the initially set (45 °), while the unfocused trace in Fig. 4 is shifted beyond the working area sensitive to radiation surface).

Принятые обозначения:Accepted designations:

1 – исследуемый объект с размером по вертикали Н1,1 - the object under study with the vertical size H1,

2 – промежуточное изображение исследуемого объекта с размером по вертикали Н2,2 - an intermediate image of the object under study with a vertical size H2,

3 – изображение исследуемого объекта на чувствительной к излучению поверхности фотоприемного устройства с размером по вертикали Н3 (изображение исследуемого объекта),3 - image of the investigated object on the surface of the photodetector sensitive to radiation with the vertical dimension H3 (image of the investigated object),

4 – входной объектив СФР,4 - input lens SFR,

5 – выходной объектив СФР,5 - output lens of the SFR,

6 – подвижное зеркало,6 - movable mirror,

7 – оптический элемент с зеркальной отражающей поверхностью (поворотная призма в прототипе, плоскопараллельная пластина (ПП) в предлагаемом способе),7 - an optical element with a mirror reflective surface (rotary prism in the prototype, plane-parallel plate (PP) in the proposed method),

8 – источник модулированного оптического излучения (источник),8 - a source of modulated optical radiation (source),

9 – чувствительная к излучению поверхность фотоприемного устройства (чувствительная поверхность),9 - radiation sensitive surface of the photodetector (sensitive surface),

10 – метки времени на чувствительной к излучению поверхности фотопримного устройства 9, сформированные сфокусированным излучением источника 8, отраженным одной из поверхностей ПП 7 (метки времени), 10 - time marks on the radiation-sensitive surface of the photodetector 9, formed by the focused radiation of the source 8, reflected by one of the surfaces of the PP 7 (time marks),

11 – след, оставленный на чувствительной поверхности 9 несфокусированным излучением источника 8, отраженным второй поверхностью ПП 7 (след от несфокусированного излучения).11 - the trace left on the sensitive surface 9 by unfocused radiation from the source 8, reflected by the second surface of the PP 7 (trace from unfocused radiation).

12 –луч, падающий на ПП 7 под углом 45°,12 - the ray incident on the PP 7 at an angle of 45 °,

13 – луч, отраженный от передней поверхности ПП 7,13 - the beam reflected from the front surface of the PP 7,

14 – луч, прошедший внутрь ПП 7 и отраженный от ее задней поверхности, параллельный лучу 13 и находящийся на расстоянии а от него,14 - a ray that has passed inside the PP 7 and is reflected from its rear surface, parallel to the ray 13 and located at a distance a from it,

15 – луч, прошедший через ПП 7 без изменения направления.15 - the beam passed through the PP 7 without changing direction.

16 – отметки, формируемые источниками излучения исследуемого объекта 1, поступившим во входной объектив СФР и прошедшим сквозь ПП 7, на изображении исследуемого объекта 3 (отметки, формируемые источниками излучения исследуемого объекта 1) .16 - marks formed by radiation sources of the investigated object 1, which entered the input lens of the SFR and passed through the PP 7, on the image of the investigated object 3 (marks formed by the radiation sources of the investigated object 1).

Как следует из оптической схемы прототипа, представленной на фиг. 1, оптическое излучение от исследуемого объекта 1 с размером по вертикали Н1 направляют во входной объектив 4 СФР, оптическая система которого содержит также выходной объектив 5, подвижное зеркало 6 и встроенный оптический элемент 7 с зеркальной отражающей поверхностью, установленный вплотную к выходному объективу 5, входящий в состав устройства ввода в СФР оптического излучения для нанесения меток времени (поворотную призму 7 в прототипе).As follows from the optical layout of the prototype shown in FIG. 1, optical radiation from the object under study 1 with a vertical size H1 is directed into the input lens 4 of the SFR, the optical system of which also contains an output lens 5, a movable mirror 6 and a built-in optical element 7 with a mirror reflecting surface, mounted close to the output lens 5, entering in the composition of the input device in the SFR of optical radiation for applying time marks (rotary prism 7 in the prototype).

Излучение от промежуточного изображения 2 исследуемого объекта 1 с размером по вертикали Н2, построенное входным объективом 4, с помощью выходного объектива 5 и подвижного зеркала 6, вращающегося с заданной скоростью вокруг оси, перестраивают на чувствительной к излучению поверхности 9 фотоприемного устройства (чувствительной поверхности), получая на ней изображение 3 исследуемого объекта 1 с размером по вертикали Н3.The radiation from the intermediate image 2 of the object under study 1 with the vertical size H2, built by the input lens 4, using the output lens 5 and the movable mirror 6, rotating at a given speed around the axis, is rearranged on the radiation-sensitive surface 9 of the photodetector (sensitive surface), receiving on it the image 3 of the investigated object 1 with the vertical size H3.

Одновременно с излучением от исследуемого объекта 1 в выходной объектив 5 с помощью поворотной призмы 7 вводят оптическое излучение от источника 8; объектив 5 вместе с подвижным зеркалом 6 создает и перемещает изображение источника 8 по чувствительной поверхности 9, формируя на ней метки времени 10.Simultaneously with the radiation from the object under study 1, optical radiation from the source 8 is introduced into the output lens 5 using the rotary prism 7; the lens 5 together with the movable mirror 6 creates and moves the image of the source 8 along the sensitive surface 9, forming time marks 10 on it.

Наличие поворотной призмы 7, установленной вплотную к выходному объективу 5, приводит к экранированию части излучения, прошедшего через входной объектив 4, и образованию неоднородности распределения излучения на изображении 3 исследуемого объекта 1, вносящей погрешность при измерении количественного распределения энергии излучения.The presence of a rotary prism 7, installed close to the output lens 5, leads to shielding of a part of the radiation that has passed through the input lens 4 and the formation of an inhomogeneity of the radiation distribution in the image 3 of the object under study 1, which introduces an error in measuring the quantitative distribution of radiation energy.

Предлагаемый способ ввода в СФР оптического излучения для нанесения меток времени реализуется следующим образом.The proposed method for inputting optical radiation into the SFR for applying time stamps is implemented as follows.

Как следует из оптической схемы, представленной на фиг. 2, излучение от источника 8 направляют в выходной объектив 5 с помощью плоскопараллельной пластины (ПП) 7, которую устанавливают на оптической оси СФР между входным 4 и выходным 5 объективами под углом 45° по отношению к оптической оси СФР. Часть этого излучения, отраженного от ПП 7 и изменившего направление на 90°, поступает в объектив 5, с помощью которого, а также подвижного зеркала 6, строят и перемещают изображение источника 8 по чувствительной поверхности 9, формируя метки 10 времени. Часть излучения, прошедшая сквозь ПП 7 без изменения направления, уходит из оптической системы СФР.As follows from the optical scheme shown in FIG. 2, the radiation from the source 8 is directed into the output objective 5 using a plane-parallel plate (PP) 7, which is installed on the optical axis of the SFR between the input 4 and output 5 objectives at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the SFR. Part of this radiation, reflected from the PP 7 and changed direction by 90 °, enters the lens 5, with the help of which, as well as the movable mirror 6, build and move the image of the source 8 along the sensitive surface 9, forming time marks 10. Part of the radiation that has passed through the SP 7 without changing the direction leaves the optical system of the SFR.

Одновременно с метками на чувствительной поверхности 9 с помощью объективов 4, 5 и подвижного зеркала 6 получают изображение 3 исследуемого объекта 1, которое перемещается по чувствительной поверхности 9 с той же скоростью, что и изображение меток 10; при этом излучение, поступившее в объектив 4, проходит сквозь ПП 7, применяемую в предлагаемом способе в качестве оптического элемента с зеркальной отражающей поверхностью, и поступает в объектив 5, оставаясь однородным.Simultaneously with the marks on the sensitive surface 9 with the help of lenses 4, 5 and a movable mirror 6, an image 3 of the object under study 1 is obtained, which moves along the sensitive surface 9 at the same speed as the image of the marks 10; while the radiation received by the lens 4 passes through the PP 7 used in the proposed method as an optical element with a mirror-reflective surface, and enters the lens 5, remaining homogeneous.

Интенсивность отраженного и прошедшего через ПП 7 оптического излучения в случае падения излучения, схематически представленного лучом 12 на фиг. 3, под углом 45° к ней, была определена экспериментально при разработке предлагаемого способа. Часть излучения (76%), испытав преломление на границах оптических сред, имеющих разный коэффициент преломления n, (n = 1 у воздуха и n ≈ 1,5 у стекла) продолжает распространяться в том же направлении, что и до падения на ПП 7 (луч 15 на фиг. 3). Часть излучения (8%) отразившись от передней поверхности ПП 7, распространяется под углом 90° к его первоначальному направлению (луч 13 на фиг. 3). Часть излучения (5%) преломляется на границе воздушной среды и ПП 7, отражается от ее задней поверхности и, вновь преломившись при выходе из ПП 7, продолжает распространяться параллельно лучу13 на расстоянии а от него (луч 14 на фиг. 3).The intensity of the optical radiation reflected and transmitted through the detector 7 in the case of incidence of the radiation, schematically represented by the beam 12 in FIG. 3, at an angle of 45 ° to it, was determined experimentally when developing the proposed method. Part of the radiation (76%), having experienced refraction at the boundaries of optical media with different refractive indices n, (n = 1 for air and n ≈ 1.5 for glass) continues to propagate in the same direction as before falling on the PP 7 ( beam 15 in Fig. 3). Part of the radiation (8%), reflected from the front surface of the PCB 7, propagates at an angle of 90 ° to its original direction (beam 13 in Fig. 3). Part of the radiation (5%) is refracted at the boundary of the air medium and the PP 7, is reflected from its rear surface and, refracted again when leaving the PP 7, continues to propagate parallel to the beam 13 at a distance a from it (beam 14 in Fig. 3).

Применительно к формированию меток времени, показанному на фиг. 2, луч 12 на фиг. 3 – излучение от источника 8, лучи 13 и 14 – излучение, отраженное от передней и задней поверхности ПП 7, направленное в выходной объектив 5, луч 15 – излучение, прошедшее через ПП 7 перпендикулярно оптической оси СФР без изменения направления и покидающее оптическую систему СФР.With regard to the generation of time stamps shown in FIG. 2, beam 12 in FIG. 3 - radiation from the source 8, rays 13 and 14 - radiation reflected from the front and rear surfaces of the SPD 7, directed to the output lens 5, beam 15 - radiation that passed through the PS 7 perpendicular to the optical axis of the SFR without changing direction and leaving the optical system of the SFR ...

Лучи 13 и 14 близки по интенсивности; выходной объектив 5 строит изображение источника излучения, создаваемое лучами 13 и 14, на чувствительной поверхности 9, однако, из-за разности хода лучей получить одновременно два сфокусированных изображения источника на одной поверхности невозможно. Beams 13 and 14 are close in intensity; the output lens 5 builds an image of the radiation source created by beams 13 and 14 on the sensitive surface 9, however, due to the difference in the path of the beams, it is impossible to simultaneously obtain two focused source images on one surface.

Сфокусированное излучение будет представлять ряд меток времени, несфокусированное излучение – практически сплошной след (метки 10 времени и след 11 от несфокусированного излучения на фиг. 2).Focused radiation will represent a series of time stamps, unfocused radiation - an almost continuous trace (time marks 10 and trace 11 from unfocused radiation in Fig. 2).

Формула, определяющая зависимость расстояния a между лучами, отраженными от передней и задней поверхности ПП 7, от ее толщины d и от угла падения луча к плоскости ПП 7 α, полученная при разработке предлагаемого способа, имеет следующий вид:The formula that determines the dependence of the distance a between the beams reflected from the front and rear surfaces of the PP 7, on its thickness d and on the angle of incidence of the beam to the plane of the PP 7 α, obtained during the development of the proposed method, has the following form:

где n₁ и n₂ – коэффициенты преломления излучения в воздухе и в пластине.where n ₁ and n ₂ are the refractive indices of radiation in air and in the plate.

Применительно к случаю, рассматриваемому в предлагаемом способе, для угла α = 45°, коэффициентов преломления в воздухе n₁ = 1,0 и в пластине n₂ = 1,5 зависимость расстояния a от толщины ПП d принимает вид:With regard to the case considered in the proposed method, for an angle α = 45 °, refractive indices in air n ₁ = 1.0 and in a plate n ₂ = 1.5, the dependence of the distance a on the PP thickness d takes the form:

а = 0,75d (2).a = 0.75d (2).

Выходной объектив 5 в СФР строит изображение источника 8 на чувствительной поверхности 9 фотоприемного устройства с увеличением (коэффициент увеличения к =

= 4,4, где Н2 – размер по вертикали промежуточного изображения 2 исследуемого объекта 1, построенного входным объективом 4, и Н3 – размер по вертикали изображения 3 исследуемого объекта 1, построенного выходным объективом 5 и подвижным зеркалом 6), расстояние между изображением источника 8, создаваемым лучами 13 и 14 на чувствительной поверхности 9, (между метками времени 10 и следом 11 от несфокусированного излучения) с учетом его увеличения объективом 5, определяется по формуле:The output lens 5 in the SFR builds an image of the source 8 on the sensitive surface 9 of the photodetector with magnification (the magnification factor k =

= 4.4, where H2 is the vertical size of the intermediate image 2 of the object under study 1, built by the input lens 4, and H3 is the vertical size of the image 3 of the object under study 1, built by the output lens 5 and the movable mirror 6), the distance between the source image is 8 generated by

beams

13 and 14 on the sensitive surface 9 (between the time marks 10 and the trace 11 from unfocused radiation), taking into account its magnification by the lens 5, is determined by the formula:

а₁ = к∙ а = 3,3d (3).a ₁ = k ∙ a = 3.3d (3).

Толщина пластин ПП 7, применявшихся в экспериментах, находилась в пределах 1 – 4 мм; соответственно, изображения источника 8 на чувствительной поверхности 9 фотоприемного устройства, создаваемые лучами 13 и 14, как следует из формулы (3), находились на расстоянии ~ 3–13 мм.The thickness of the PP 7 plates used in the experiments was in the range of 1 - 4 mm; accordingly, the images of the source 8 on the sensitive surface 9 of the photodetector, produced by beams 13 and 14, as follows from formula (3), were at a distance of ~ 3–13 mm.

В зависимости от того, излучение от какой поверхности ПП 7 сфокусировано на чувствительной поверхности 9 фотоприемного устройства, положение следа 11 от несфокусированного излучения может быть выше или ниже сфокусированных меток. Случай, когда фокусируют изображение, создаваемое излучением, отраженным от передней поверхности ПП 7, показан на фиг. 2 и фиг. 4; здесь метки находятся выше следа 11 от несфокусированного излучения.Depending on the radiation from which surface of the PCB 7 is focused on the sensitive surface 9 of the photodetector, the position of the trace 11 from unfocused radiation may be higher or lower than the focused marks. The case where the image created by the radiation reflected from the front surface of the PCB 7 is focused is shown in FIG. 2 and FIG. 4; here the marks are located above the trail 11 from unfocused radiation.

Наличие следа 11, оставленного несфокусированным излучением, отраженным одной из поверхностей ПП 7, на чувствительной поверхности 9, используемой для записи информации об исследуемом объекте 1, иногда является нежелательным, поскольку уменьшает ее полезную площадь. Удалить этот след 11 можно небольшим, в пределах ± 2°, изменением угла наклона ПП 7 к оптической оси, что дает возможность перемещения следа вверх или вниз за рабочую область чувствительной поверхности 9.The presence of a trace 11 left by unfocused radiation reflected by one of the surfaces of the PCB 7 on the sensitive surface 9 used to record information about the object under study 1 is sometimes undesirable, since it reduces its useful area. It is possible to remove this trace 11 by a small, within ± 2 °, change in the angle of inclination of the PP 7 to the optical axis, which makes it possible to move the trace up or down beyond the working area of the sensitive surface 9.

Входной объектив 4 оптической системы СФР, в который поступает излучение от исследуемого объекта 1 с размером по вертикали Н1, строит промежуточное изображение 2 исследуемого объекта 1 с размером по вертикали Н2, излучение от которого проходит сквозь ПП 7, расположенную под углом 45° по отношению к оптической оси, проходящей через объективы 4 и 5. Часть этого излучения, испытав преломление в ПП 7 на границах двух оптических сред, распространяется, не меняя направления, вдоль оптической оси СФР; с помощью выходного объектива 5 и подвижного зеркала 6 это излучение фокусируют на чувствительной поверхности 9 фотоприемного устройства, где оно формирует изображение 3 исследуемого объекта 1 размером по вертикали Н3.The input lens 4 of the optical system of the SFR, which receives radiation from the object under study 1 with a vertical size H1, builds an intermediate image 2 of the object under study 1 with a vertical size H2, the radiation from which passes through the PP 7 located at an angle of 45 ° with respect to the optical axis passing through the objectives 4 and 5. Part of this radiation, having experienced refraction in the PP 7 at the boundaries of two optical media, propagates without changing direction along the optical axis of the SFR; With the help of the output objective 5 and the movable mirror 6, this radiation is focused on the sensitive surface 9 of the photodetector, where it forms an image 3 of the object under study 1 with the vertical dimension H3.

Применительно к рисунку, приведенному на фиг. 2, луч 12 на фиг. 3 – излучение от исследуемого объекта 1, поступившее в оптическую систему через входной объектив 4, луч 15 – излучение, прошедшее сквозь ПП 7 без изменения направления и поступившее в выходной объектив 5. Количество прошедшего через ПП 7 излучения составляет 76% от падающего на нее излучения. Остальная часть излучения после отражения от ПП 7 на угол 90° меняет направление и уходит из оптической системы СФР.With reference to the drawing of FIG. 2, beam 12 in FIG. 3 - radiation from the object under study 1, which entered the optical system through the input lens 4, beam 15 - radiation that passed through the PP 7 without changing the direction and entered the exit lens 5. The amount of radiation passed through the PP 7 is 76% of the incident radiation ... The rest of the radiation after reflection from the SP 7 through an angle of 90 ° changes direction and leaves the optical system of the SFR.

На кадрах фиг. 4–5 приведены результаты регистрации на чувствительной поверхности 9 изображения 3 исследуемого объекта 1, содержащего совокупность импульсных источников излучения, срабатывающих при развитии в нем физического процесса (отметки 16, формируемые источниками излучения исследуемого объекта 1). Информация о развитии физического процесса заключена в пространственно-временном распределении отметок 16, формируемых источниками излучения в исследуемом объекте 1 и зарегистрированных на изображении 3 исследуемого объекта 1, и энергии излучения, поступившего из каждого источника. При регистрации кадра, представленного на фиг. 4, была применена ПП 7 большей толщины, чем при получении кадра на фиг. 5, поэтому расстояние между метками времени 10 и следом 11 от несфокусированного излучения источника 8 на фиг. 4 больше, чем на фиг. 5.In the frames of FIG. 4-5 show the results of registration on the sensitive surface 9 of the image 3 of the object under study 1, containing a set of pulsed radiation sources triggered during the development of a physical process in it (marks 16, formed by the radiation sources of the object under study 1). Information about the development of the physical process is contained in the spatio-temporal distribution of marks 16, formed by radiation sources in the object under study 1 and registered in the image 3 of the object under study 1, and the radiation energy received from each source. When registering the frame shown in FIG. 4, a PCB 7 of greater thickness was used than when obtaining the frame in FIG. 5, therefore, the distance between time stamps 10 and track 11 from unfocused radiation from source 8 in FIG. 4 is larger than FIG. five.

При регистрации кадра, приведенного на фиг. 4, след 11 от несфокусированного излучения источника 8, отраженного от задней поверхности ПП 7, смещен на край чувствительной поверхности 9. When registering the frame shown in FIG. 4, trace 11 from the unfocused radiation of the source 8, reflected from the rear surface of the PCB 7, is shifted to the edge of the sensitive surface 9.

При регистрации кадра, приведенного на фиг 5, была применена ПП 7 меньшей толщины, чем при получении кадра на фиг. 4, что уменьшило расстояние между метками времени 10 и следом 11 от несфокусированного излучения источника 8; при этом для получения меток было сфокусировано излучение, отраженное от задней поверхности ПП 7. Смещение следа 11 от несфокусированного излучения источника 8, созданного излучением, отраженным передней поверхностью ПП 7, за пределы чувствительной поверхности 9 не проводилось.When registering the frame shown in FIG. 5, a PCB 7 of smaller thickness was used than when receiving the frame in FIG. 4, which reduced the distance between the time marks 10 and the trace 11 from the unfocused radiation of the source 8; In this case, to obtain marks, the radiation reflected from the rear surface of the PCB 7 was focused. Trace 11 was not displaced from the unfocused radiation of the source 8 created by the radiation reflected by the front surface of the PCB 7 outside the sensitive surface 9.

Таким образом достигается заявленный технический результат изобретения, а именно исключение погрешности измерений количественного распределения энергии излучения на изображении 3 исследуемого объекта 1, построенном оптической системой СФР, включающей объективы 4, 5 и подвижное зеркало 6, а также встроенную ПП 7, входящую в состав оптической схемы устройства ввода излучения для нанесения меток времени на чувствительной поверхности 9 фотоприемного устройства.Thus, the claimed technical result of the invention is achieved, namely, the elimination of the measurement error of the quantitative distribution of radiation energy in the image 3 of the object under study 1, built by the optical system of the SFR, including the objectives 4, 5 and the movable mirror 6, as well as the built-in PP 7, which is part of the optical scheme radiation input devices for applying time stamps on the sensitive surface 9 of the photodetector.

Исключение погрешности измерений получено за счет применения в качестве оптического элемента 7 с зеркальной отражающей поверхностью для ввода в СФР излучения от источника 8 модулированного оптического излучения плоскопараллельной пластины, при прохождении сквозь которую излучение от исследуемого объекта 1 остается однородным, вместо поворотной призмы 7, применяемой для ввода в СФР излучения от источника 8 в прототипе, расположенной вплотную к поверхности выходного объектива 5 и экранирующей часть излучения от исследуемого объекта 1, делая его на выходе из объектива 5 неоднородным.The elimination of the measurement error was obtained by using a plane-parallel plate as an optical element 7 with a mirror reflective surface for inputting radiation from a source 8 of modulated optical radiation from a source 8 of modulated optical radiation of a plane-parallel plate, passing through which radiation from an object under study 1 remains uniform, instead of a rotary prism 7 used for input in the SFR of radiation from the source 8 in the prototype, located close to the surface of the output objective 5 and shielding part of the radiation from the object under study 1, making it at the exit from the objective 5 inhomogeneous.

Claims

A method of inputting optical radiation into a high-speed photochronographic recorder for applying timestamps, which consists in the fact that optical radiation from a source of modulated optical radiation is introduced into the optical system of a high-speed photochronographic recorder through an output lens using an optical element with a mirror reflecting surface, the image of the source of modulated optical radiation is focused on the surface of the photodetector sensitive to radiation, moving the radiation source along the optical axis directed to the optical element with a mirror reflecting surface, characterized in that a plane-parallel plate is used as an optical element with a mirror reflecting surface, which is placed between the intermediate image of the object under study created by the input the lens of a high-speed chronographic recorder, and the output lens so that the geometric center is plane-parallel The th plate was located on the optical axis of the high-speed photochronographic recorder, the angle of inclination of the plane-parallel plate to the optical axis was 45 °, the plane-parallel plate was tilted towards the exit objective of the high-speed photochronographic recorder to direct the radiation reflected from the plane-parallel plate and coming from the source of modulated optical radiation into it, to obtain time marks on the radiation-sensitive surface of the photodetector, formed by the focused radiation of the modulated optical radiation source reflected from one of the surfaces of the plane-parallel plate, focus one of the two images of the modulated optical radiation source created using the output lens and the movable mirror on the surface sensitive to radiation photodetector by radiation reflected by the front or rear with respect to the incident radiation by the surface of the plane-parallel plate for which the source of modulated optical radiation is moved along an axis that is perpendicular to the optical axis of the high-speed photographic recorder, passes through the geometric center of the plane-parallel plate and makes an angle of 45 ° with the surface of the plane-parallel plate, the distance a ₁ between the time marks on the radiation-sensitive surface of the photodetector and the trace left on this surface by unfocused radiation of the modulated optical radiation source, reflected by the second surface of the plane-parallel plate, is adjusted by choosing the thickness of the plane-parallel plate d, the connection between which is determined by the formula: a ₁ = 3.3d, the trace left on the radiation-sensitive surface of the photodetector devices with an unfocused image of the modulated optical radiation source are shifted above or below the image of the object under study on the radiation-sensitive surface of the photodetector, changing I the angle of inclination of the plane-parallel plate to the optical axis of the SFR within ± 2 ° relative to the established one.