Фотография с помощью холодной камеры — это метод, используемый астрофотографами для уменьшения электронного шума, который накапливается во время длительной выдержки с помощью электронных датчиков зеркальных фотокамер и специальных астрокамер CMOS или CCD. Охлаждение обычно осуществляется с помощью термоэлектрического охладителя Пельтье. Охлаждая сенсор камеры, можно делать более длинные снимки, не беспокоясь о нагреве чипа, тем самым снижая тепловой шум, шум выстрела и считывания. [1]
Для астрофотографии в ближнем инфракрасном диапазоне, например, с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, камеры охлаждаются до криогенных температур, чтобы устранить источники теплового шума. Криогенные камеры для инфракрасной визуализации используются на Земле для многих целей. (Камеры, предназначенные для работы в криогенных средах, также называются криогенными камерами.)
Для традиционных пленочных камер охлаждение необходимо для уменьшения эффекта взаимности (или нарушения взаимности), при котором эффективная чувствительность пленки «ASA» снижается со временем при длительной выдержке. Эта взаимность различна для каждого цвета эмульсии, поэтому она также приводит к сдвигу цвета в конечном изображении. Охлаждение пленки химической эмульсии обычно достигается с помощью холодной камеры, предназначенной для охлаждаемой астрофотографии. Охлаждение в этом случае обычно достигается путем контакта сухого льда с валиком, который, в свою очередь, контактирует с пленкой. [2] Эту технику популяризировал известный астрофотограф Джек Б. Ньютон , а еще раньше Эверед Креймер использовал свой собственный дизайн для получения изображений в «Альбоме Мессье», который он написал в соавторстве с Джоном Малиасом.
Многим астрономам-любителям и профессиональным астрономам приходилось разрабатывать и изготавливать собственные холодные камеры для традиционной пленочной астрофотографии с охлаждением. поскольку ни один из них не был коммерчески доступен до начала-середины 1970-х годов. Одним из препятствий является то, что охлажденная пленочная эмульсия быстро покрывается слоем льда.
Билл Уильямс решил эту проблему в начале 1970-х годов, приложив эмульсию к толстой (около 2 дюймов или 5 см) пробке из пластика, обычно акрила. Естественные теплоизоляционные свойства пластика означали, что передняя поверхность, подвергающаяся воздействию влажности воздуха, не становилась достаточно холодной, чтобы обледенеть в течение длительного воздействия. Уильямс показал эту камеру на съезде Stellafane в Спрингфилде, штат Вирджиния. Компания Celestron International вскоре лицензировала его патент и производила их коммерчески в течение нескольких лет.
Хотя холодная камера Williams решила проблему конденсации на охлажденной эмульсии, требовалось сложное обращение с отрезанным куском пленки, обычно из 35-миллиметрового рулона, в темноте и в полевых условиях, чтобы расположить его между пластиковой заглушкой и охлаждающей камерой. тарелка. Кроме того, сама толстая пробка вызывала оптические аберрации, особенно в быстрых оптических системах, используемых в астрофотографии. А любые царапины на поверхности, особенно соприкасающиеся с эмульсией, напрямую способствовали изображению (хотя можно было приобрести сменные заглушки).
Первая реклама криогенной камеры Guerra Instruments появилась в журнале Sky & Telescope в 1974 году. [3] Guerra Instruments — это небольшой бизнес в Ладлоу, штат Массачусетс, основанный Джоном Геррой в подвале его родителей (который также помогал с перепиской и предоставлял патентные чертежи). ), с астрономом-любителем Чарльзом «Чаком» Миллером. Guerra Instruments работала с 1974 по 1978 год, а в конце 1976 года Гуэрра присоединился к отделу оптической инженерии Polaroid (Кембридж, Массачусетс).
Главным нововведением Герры [4] было устранение необходимости в толстой пластиковой пробке путем помещения пленки в герметичную камеру, содержащую влагопоглотитель. Использование осушителя для предотвращения обледенения в современных охлаждаемых камерах CMOS и CCD сейчас повсеместно, но в 1974 году это было запатентованное нововведение.
Из патента Герры: «Криогенная камера, в которой алюминиевая холодильная камера, наполненная сухим льдом или жидким азотом, вступает в контакт с задней частью металлического держателя пленки при закрытии шарнирной задней части камеры, к которой привинчена холодильная камера. Держатель пленки расположен внутри корпуса камеры так, чтобы образовывать небольшой объем перед пленкой. Этот объем содержит пакетик с силикагелем-осушителем, который поглощает влагу в этом объеме, который герметизируется при закрытии вышеупомянутой откидной задней части. пленка и окно из оргстекла, закрывающее апертуру камеры, предотвращены. Наличие этого объема позволяет интегрировать в камеру внеосевую направляющую систему, состоящую из откидного зеркала, освещаемого перекрестия, управляемого реостатом, и. фокусирующий окуляр. Подсветка перекрестия обеспечивается красным светодиодом, питаемым от двух фонариков, находящихся внутри объема».
Дополнительные пакеты с сухим влагопоглотителем, сшитые вручную Грейс Герра и Кристиной Герра, легко переносились в поле и «вынимались» из камеры для следующего воздействия. Использование стандартных держателей листовой пленки со встроенными темными направляющими означало, что несколько держателей можно было загружать пленкой в темноте дома и переносить в поле для облегчения загрузки новой эмульсии. Для облегчения загрузки в эти держатели отрезанной 35-миллиметровой пленки были предусмотрены специальные адаптеры.
Большинство из них работали с сухим льдом. Но в камере можно было также использовать жидкий азот, подаваемый в полевых условиях из сосуда Дьюара. С помощью этого хладагента отвод сухого азота направлялся в пленочную камеру для усиленной защиты от влаги.
Хотя большинство камер имели формат 2,25 x 3,25 дюйма и револьверную головку диаметром 1,25 дюйма, некоторые были сделаны с револьверной головкой 2,0 дюйма и даже больше. Также было произведено несколько камер большого формата 4х5 дюймов.
В дополнение к встроенной системе наведения внеосевого поворотного зеркала, сетке с регулируемой подсветкой с красным светодиодом и фокусирующему окуляру, криогенная камера Guerra включала в себя держатель фокусирующей пленки, который включал в себя как экран из матового стекла, так и острие Фуко. фокусер. Каждая камера поставлялась в специальном футляре на молнии, разработанном и сшитом вручную Сюзанной Годетт (позже Герра), из черно-белого цвета Naugahyde с мягкой красной фетровой подкладкой.
В общей сложности более 60 камер были изготовлены вручную и проданы клиентам по всему миру: Англии, Западной Германии, Японии, Мексике, Канаде и по всей территории Соединенных Штатов. Первый был приобретен Государственным колледжем Альфреда в Нью-Йорке. Колледж Сонома в Калифорнии до сих пор числит криогенную камеру Guerra в своем инвентаре оборудования.
Примерно с 1992 года Джек Ньютон производил самодельные холодные камеры, в которых, как и в «Холодной камере Уильямса», использовалась толстая оптическая вилка. Однако, в качестве значительного улучшения, его камера могла использовать канистры с рулонной пленкой диаметром 35 мм вместо того, чтобы разрезать ее на куски. Производство началось через некоторое время после того, как камеры Williams больше не были доступны от Celestron International.
Следующее описание представляет собой выдержку из отчета об испытаниях Sky & Telescope, автором которого является Джонни Хорн, который сам является астрофотографом-любителем уровня Джека Ньютона: «Пластиковый корпус камеры имеет металлическую «холодную» пластину, которая контактирует с обратной стороной пленки. В камеру помещается пара стандартных кассет с 35-мм пленкой, подача пленки осуществляется с помощью ручки, которая поворачивается только в нужном направлении. Поскольку рулон можно легко заменить, даже если он не полностью использован, можно предварительно загрузить кассеты. различные эмульсии для использования в ночное время. На задней стороне держателя пленки установлена камера для сухого льда с навинчивающейся крышкой и подпружиненным поршнем для прижатия сухого льда к холодной пластине. Камера вмещает около трех столовых ложек. гранулированный сухой лед, который сохранялся около 40 минут ночью, когда температура воздуха составляла около 60 градусов по Фаренгейту. Пленка остается довольно холодной в течение нескольких минут после того, как лед полностью сублимировался». [5]
Обычная химическая эмульсионная пленка для астрофотографии, охлаждаемая или нет, по большей части подошла к концу. Открытие газовой гиперсенсибилизации эмульсии в 1990-х годах во многом сделало охлаждение пленки устаревшим. «Гиперировать» пленку было гораздо проще, и затем ее можно было использовать в обычных камерах с результатами, равными или лучшими, чем те, которые были получены с помощью холодных камер.
Последний удар был нанесен появлением широкоформатных цифровых формирователей изображения CCD и CMOS. Даже в неохлаждаемом состоянии эти устройства обеспечивают изображение, не уступающее лучшим изображениям, полученным с помощью холодных камер и эмульсионной пленки. Благодаря охлаждению для контроля считывания и других источников электронного шума результаты изображения получаются профессионального обсерваторского качества даже при использовании скромных любительских телескопов.
И хотя даже охлаждение осуществляется электронно, с помощью устройств Пельтье, а образование росы/обледенения частично контролируется с помощью нагревателей, удаляющих росу, многие устройства по-прежнему полагаются на внутренние пакеты силикагеля для удаления влаги... старые криогенные камеры Guerra сделали это.
.