Патент ссср 160943

 

Подписная группа М 1б2

Э. В. Козубский

СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ И ФОТОГРАФИРОВАНИЯ

В ПУЗЪ|РЬКОВЫХ КАМЕРАХ

Известны системы освещения и фотографирования в пузырьковых камерах с использованием размещенной у стенки камеры, параллельно границе раздела сред жидкость— стекло, плоскопараболической линзы, в фокальной плоскости которой расположен источник света. Такие системы позволяют выполнять ортогональное фотографирование следов при освещении «на просвет». Известные системы требуют для фотографирования ь каждом направлении двух окон в стенках камеры, что усложняет конструкцию камеры и не обеспечивает безопасности работы.

Предлагается система освещения и фотографирования в пузырьковых камерах, дающая возможность производить ортогональное фотографирование при автоколлимационном освещении рабочего объема, для чего объектив фотоаппарата совмещен с фокусом плоскопа раболической линзы так, что в него поступают лучи, претерпевшие рассеивание на пузырьках и отраженные от плоского зеркала, установленного у противоположной стенки камеры.

Между плоскопараболической линзой и объективом фотоаппарата под углом 45 к оси системы объектив — линза может быть установлено полупрозрачное зеркало, а источник света помещен в точке, соответствующей изображению объектива фотоаппарата полупрозрачным зеркалом.

Целесообразным ограничением рабочего объема камеры отражающими и защитными зеркалами при соответствующей расстановке отражающей системы обеспечивается максимальное сокращение числа окон и фотографирование по двум взаимно перпендикулярным направлениям через одно окно. Выполнение рабочего объема в виде прямоугольной призмы с равнобедренным прямоугольным треугольником в основании (гнпотенузная и одна катетная грань — отражающие плоскис зеркала, другая катетная грань — защитное стекло, за которым установлена плоскопараболическая линза) несколько снижает загрузку камеры частицами, а выполнение его в виде прямоугольной пентапризмы (три грани — отражающие зеркала) повышает эффективность использования рабочего объема.

Эффективность использования рабочего объема пузырьковой камеры может быть повышена также выполнением рабочего обьема в виде прямоугольного параллелепипеда с квадратом в основании и разделением его no диагонали пластинкой с двусторонним отражающим покрытием на две части, каждая нз которых освещается и фотографируется с помощью ранее описанной системы (рабочий объем в виде прямоугольной призмы с равнобедренным прямоугольным треугольником в основании).

Аналогичная составная схема может быть осуществлена для случая выполнения каждой части рабочего объема в виде прямоугольной пентапризмы с общими наклонными отражающими зеркалами, причем оси сп№ 160943 стем объектив — линза соседних частей камеры должны быть взаимно перпендикулярными.

Такая составная схема выгодна для использования в камерах, вытянутых вдоль пучка частиц.

В подобных системах освещения и фотографирования целесообразно использовать в качестве источника света кольцеобразную лампу, центрироваццую относительно оси фотографической системы и обеспечивающую освещение по методу «темного поля».

На чертежах представлены оптические схемы различных вариантов выполнения предлагаемой системы. На фиг. 1 — схема для случая фотографирования по каждому взаимно перпендикулярному направлению через свое окно; на фиг. 2 — подобная схема с использованием полупрозрачного делительного зеркала; на фиг. 3 — схема для случая фотографирования в двух взаимно перпендикулярных направлениях через одно окно (рабочий объем камеры имеет вид прямоугольной призмы с равнобедренным прямоугольным треугольником в основании); на фиг. 4 — подобная составная схема (рабочий объем имеет вид прямоугольного параллелепипеда с квадратом в осповапии); на фиг, 5 — схема для случая фотографирования через одно окно при рабочем объеме в виде прямоугольцой пентапризмы; на фиг. б — подобная составная схема.

Две взаимно перпендикулярные стенки камеры 1 выполнены в виде защитных плоскопараллельных стекол 2. Вне объема камеры

1, вплотную к стеклам 2, расположены плоскопараболические линзы 8; световые размеры стекол 2 и линз 3 равны. В фокусе параболических линз 3 устанавливают объективы 4 фотоаппаратов так, чтобы объектив и линза были соосцы. Плоская поверхность линзы 3 расположена параллельно защитному стеклу 2 и, следовательно, границе раздела жидкость — стекло, а фотографическая система (линза + объектив) — нормально K границе раздела.

В случае пузырьковых камер небольшого размера защитное стекло и параболическая линза могут быть выполнены в виде одной детали.

Пузырьковая камера освещается посредством параболических линз 3 и плоских зеркал 5, расположенных у противоположных стенок камеры 1, источниками света б, установленными в фокальных плоскостях линз 3.

Зеркала 5 устанавливаются нормально к оси фотографирования системы.

Световой поток от источника света 6, попадая на параболическую линзу 3, становится параллельным, отражается от зеркала 5 и фокусируется параболической линзой 8 в точке

6>. Точка 6> и источник света б расположены симметрично относительно оси линзы.

Мнимые изображения М пузырьков в плоском зеркале 5 в случае фотографирования в ортогональной проекции, нормальной к плоскости зеркала, совпадут с реальными изображениями. В самом деле, мнимое изображение

Ig()MAL) располагается на перпендикуляре к зеркалу 5, опущенном из данной точки, а так как ца фотопленку 7 попадут только лучи, идущие в камере 1 в узком конусе, нормальном к поверхности зеркала, то мнимое изображение М (М ) должно лечь на реальное Л4 и при хорошей юстировке не будет различаться. Световая энергия, посылаемая пузырьком на пленку, возрастет примерно вдвое, т. е. увеличится контрастность снимка.

Между линзами 3 и объективами 4 могут быть установлены тонкие полупрозрачные зеркала 8 (см. фиг. 2) под углом 45 к осям системы, а источники света б помещены в точках изображений об.ьективов 4 этими полупрозрачными пластинками. Таким образом, световой поток от источника света падает на полупрозрачные пластинки, отражается на параболические линзы 3, превращается в параллельный, проходит камеру 1, отражается от зеркал 5, снова проходит камеру 1, линзу 3, фокусируется сквозь полупрозрачные зеркала 8 во входных зрачках объективов 4 и далее попадает на фотопленку 7.

Стереоскопический просмотр снимков, полученных в ортогональной проекции по двум взаимно перпендикулярным направлениям, затруднителен вследствие большой разности стереоскопических параллаксов для точек переднего и заднего плана. В этом случае целесообразно производить специально для просмотра стереосъемку камеры с базисом фотографирования, подобранным из условия удобства просмотра, а не из условия максимальной точпости измерения, как это делается в обычных условиях. В данпой схеме освещения эти дополнительные снимки будут получены с освещением по методу «темного поля». Дополнительные снимки для просмотра дают возможность сохранять мерительные качества главных ортогональных снимков.

Чтобы упростить вычисления импульса частицы, целесообразно принять одно из направлений фотографирования в ортогональной проекции параллельно магнитному полю, При фотографировании в ортогональной проекции по двум взаимно перпендикулярным направлениям можно восстановить геометрию следа по одному фотоснимку самого следа и его изображению в зеркале, т. е. обеспечивается фотографирование через одно окно по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

11о 160943

Рабочий объем камеры имеет форму прямоугольной призмы с прямоуголь|!ы»и рав!!обедренными треугольниками в основании.

Одна из катетн!.!х граней объема камеры 1 ограничена плоскопараллельным защитным стеклом 2, дге другие грани (к3òåòíàÿ и гипотенузная) — плоскими зеркалами 9 и 10 (см. фиг, 3). Рядом с защитным стеклом 2 размещена параболическая линза 8 так, что ее ось располагается перпендикулярно защитному стеклу 2. В фокусе лиизь! 8 размещен объектив 4 соосно с линзой. !Лсточник света 6 располагается так, что его изображение, построенное плоским полупрозрачным зеркалом 8, совпадает с фокусом линзы 8 и входным зрачком объектива 4. Длл осве!цешгя по методу «темного поля» целесообразно выбрать источник света кольцевой формы и расположить его так, чтобы его изображение оказалось в фокальиой плоскости линзы 8 концентрично объективу 4. Световой поток нз источника света отражается полупрозрачным зеркалом 8 на параболическую линзу 8, превращается в параллельный. отражается последовательно от гипотенузного зеркала 10> катетного зеркала 9 и BIIQBb гипотенузного зеркала 10, фокусируется параболической линзой 8, проходя полупрозрачное зеркало 8 в фокальиой плоскости линзы 8 (в случае освещения по методу «светлого поля» — во входной зрачок ооъектива 4). Таким образом достигается освещение рабочего объема камеры по двум взаимно перпендикулярным направлениям, и фотографирование производится в ортогональной проекции. На пленке 7, в картинной плоскости системы линза + объектив, возникают два изображенилЛ и М точки М, полученные по двум гзаимио перпендикулярным направлениям. Изоора>кение М построено лучом, отразившимся от гипотенузиого зеркала, уста иовлел ного по. углом

45 к оси фотографической системы, Мнимые изобра>кения пузырьков в зеркалах 9 и 10 в данной схеме не играют роли, так как они располагаются на продолжении тех главных лучей, которые проходят через реальный пузырек. Точка М лежит на главном луче, прошедшем через точку М и ее мнимое изображение М "...,, в зеркалах 10, 9 и

10, а точка М лежит на главном луче, прошедшем через точку М 1 (изооражение точки

М в зеркале 10) и точку М"., (изображение точки M в зеркалах 9 и 10). Таким ооразом. мнимые изобра>кения иа на реальные изобра>кения и тем самым ие затрудняют анализа фотоснимка. Мнимые изображения пузырьков, удаленные от плоскости наводки, будут несколько расфокусированы.

Изображение М пузырька через гипотенузное зеркало 10 всегда расположено по одну и ту >ке сторону от прямого изображения того же пузырька., аниая схема представляет гозмо>кность равиоточных измерений всех трех координат пузырька. при этом как !>и,7ио из фиг. 3

2=a — р — Х, г7е а — ширина камеры; р — расстояние между точками 114 и М, умноженное иа»асштаб фотографирог>анил.

Описанная cxcib!3 .. !Ожет бь!т» Ос> LLIccT13 7еиа для пузырьковой камеры, рабочии объем которой представляет собой пря.;!оугольиый параллелепипед с кьадратом в основании.

Ооьем камеры 1 разделен по диагонали пластинкой 11 (см. фиг. 4) иа дге части.

Каждая часть камеры фотографируется в ортогoil3льиой проекции и двух взаимно перпендикулярных иаправле.!иях. Пластинка помещается в зазор между зеркалами 10 и

10 : толщину пластинки 11 можно произвольно варьировать. Пучок частиц может быть !!апpaвлен ка! Вд07ь !lластинки 11, так и поперек нее.

Согласование снимков разделе:!:!ых объемов осуществляетсл просто: в пластинке 11 делают Tpli отверстия. через которые можно фотографировать реперные метки»3 противоположном стекле, и задача решается совмещением по одним и тем же меткам. Камера описываемой коиструкшш удобно впись!вается в зазор соленоидального х!агнита 12.

Схемы фотографирования в двух взаимно перпендикулярны.;- иаправ7e!I!inx через одно окно целесообразно Осуществллть в пузырько:blx камерах с узкой ш!дикатрнссой расселния света пузырьками (иапример, в водородных или гелиевых камерах). Р3áo÷èé объем камеры 1 мо>! Рт и>!еть ф017»у прлмОугольио!! пентапризмы, тремя отражающими гранями которой служат зерка73 18, 14, 16 (c>l. фиг. 5), четвертал грань — защитное стекло

2 (за иим, как обычно, располагаетсл l13p;1болическая линза 3); пятал, неработающая грань 16, может быть использована для размещения механизма расширения жидкости (на чертеже не показан).

Отражающие зеркала внутри рабочего объема камеры 1 не несут механической нагрузки; роль механических нагру>кенных стенок камеры выполняют корпус камеры и защитные стекла. В фокусе линзы 8 установлен объектив 4 фотоаппарата. Кроме того, с фокусом линзы 8 совмещен объектив 17 фотоаппарата (с помощью полупрозрачного зеркала 18). Источник света 6, как обы шо, расположен в фокальной плоскости линзы 8.

Фотографическая система линза 8 — объектив 4 строит изображение рабочего объема на фотопленке 7, фотографическая система линза 8 — объектив 17 — на пленке 19. № 160943

Углы между гранями соответственно подобраны (угол между гранями 2 и 15 равен

90, углы между гранями 2 и 14, 15 и И равны 112 30, а угол между гранями 18 и 14 равен 45, точки а и а" суть изображения точки А — ортогональной проекции М пузырька на плоскость ХОУ. Точно так же, точки в и в" — изображения точки  — ортогональной проекции М пузырька на плоскость

ZO7, а точки f и f" — изображения точки

F — ортогональной проекции М на плоскость, проходящую через ось У под углом 45 к плоскостям ЛОУ и ХОУ. Соответствующим выбором плоскостей наведения фотографических систем можно добиться, что на пленке 7 хорошо сфокусированными окажутся только а и f, а на пленке 19 — только в". Это следует из того, что путь от точки М до точек А, В и F в камере весьма различен.

На одном из снимков будут два изображения одного и того же следа. Это приводит к необходимости снизить загрузку камеры в

1,5 разя, по пе вызывает затруднений при анализе снимков: оба изображения будут иметь точно равные координаты У характерных точек; проекции следа на диагональную плоскость — точки f — всегда располагаются по одну сторону от точек а . При этом два изображения следа будут иметь место только для следов, расположенных в одной половине рабочего объема, для другой половины объема камеры проекция следов на диагональную плоскость не попадает в кадр.

Для исследования свойств элементарных частиц высокой энергии целесообразна вытянутая по пучку форма объема пузырьковой камеры, Для этой цели представлен вариант составной схемы фотографирования, обеспечивающей практически ничтожную мертвую (нефотографируемую) зону между соседними частями рабочего объема.

Направления расположения фотографической аппаратуры соседних частей перпендикулярны друг другу; это дает возможность устанавливать круглые защитные стекла 2 вместо одного большого и вытянутого, снимает габаритные ограничения на конструкцию уплотнения стекол, которые возникли бы (для сокращения мертвой зоны) в случае расположения всех окон по одну сторону.

Вопрос о взаимной ориентации соседних фотографических устройств решается благодаря тому, что два наклонных зеркала 20 и

21 выполняются едиными, цельными на всю длину камеры (или, по крайней мере, длиной в три участка). Данная схема фотографирования удобно вписывается в корпус цилиндрической формы, Анализ снимков, полученных в камере с такой схемой оптики, не влечет дополнительных затруднений при анализе снимков, а наоборот, облегчает анализ: фотографии соседних участков камеры данной проекции будут отличаться тем, что на одной из пих будет два изображения следа из соответствующей области камеры, а па другом — только одно.

Таким образом, если составить фотоснимки участков в единый фотоплан, то изображения следов на диагональную плоскость оу1vT выявлены просто и однозначно, Предмет изобретения

1. Система освещения и фотографирования в пузырьковых камерах с использованием размещенной у стенки камеры, параллельно границе раздела сред жидкость — стекло, плоскопараболической линзы, в фокальной плоскости которой расположен источник света, отл ич а юща я ся тем, что, с целью ортогонального фотографирования при автоколлимационном освещении рабочего объема камеры, объектив фотоаппарата совмещен с фокусом плоскопараболической линзы так, что в него поступают лучи, отраженные от плоского зеркала, установленного у противоположной стенки камеры.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что между плоскопараболической линзой и объективом фотоаппарата под углом 45 к оси системы объектив — линза установлено полупрозрачное зеркало, а источник света помешен в точке, соответствующей изображению объектива фотоаппарата полупрозрачным зеркалом.

3. Система по п. 1, 2, отличающаяся тем, что, с целью сокращения числа окон в камере и фотографирования по двум взаимноперпендикулярным направлениям через одно окно, рабочий объем камеры ограничен, помимо стенок корпуса камеры, двумя плоскими отражающими зеркалами и защитным стеклом, образующими прямоугольную призму с равнобедренным прямоугольным треугольником в основании, причем плоскопараболическая линза установлена за защитным стеклом — катетной гранью призмы, а отражение происходит последовательно от гипотенузной грани, катетной грани и снова гипотенузной грани.

4. Система по пп, 1, 2, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности использования рабочего объема камеры, рабочий объем ее ограничен помимо стенок корпуса камеры тремя отражающими зеркалами и защитным стеклом, образующими прямоугольную пентапризму, причем плоскопараболическая линза установлена за защитным стеклом, а отражение происходит последовательно от отражающих граней пентапризмы. № 160943

5. Система по п. 4, о тл и ч а ю щ а я с ss re», что с фокусом плоскопараболической линзы совмещен объектив одного фотоаппарата, а объектив другого фотоаппарата, ось которого перпендикулярна оси первого, помещен в точке, изображаемой полупрозрачным зеркалом, установленным под углом 45 к оси плоскопараболической линзы между линзой и ее фокальной плоскостью, в фокусе плоскопараболической линзы.

6, Система по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что рабочий объем камеры в виде прямоугольного параллелепипеда с квадратом в основании разделен по диагонали пластинкой с двусторонним отражающим покрытием на две части, каждая из которых освещается и фотографируется системой по п. 3.

7. Система по пп. 1, 2 и 5, о тл и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью использования ее в камерах, вытянутых вдоль пучка частиц, рабочий объем камеры расчленен на части, в соответствии с п. 4, а два FIBKJIQHHbIx отражающих зеркала выполнены цельными, общими для всех частей и оси фотографических систем соседних частей перпендикулярны друг другу.

8. Система по пп. 1 — 7, отл ич а ю щ а я ся тем, что в качестве источника света использована кольцеобразная лампа, центрированная относительно оси фотографической системы.