Холодная камера — это метод, используемый астрофотографами для снижения электронного шума, который накапливается во время длительной экспозиции с электронными датчиками в цифровых зеркальных фотокамерах и специализированных астрокамерах CMOS или CCD. Охлаждение обычно осуществляется с помощью термоэлектрического охладителя Пельтье. Охлаждая датчик камеры, можно делать более длинные снимки, не беспокоясь о нагреве чипа, тем самым снижая тепловой, съемочный и считываемый шум. [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 съемки используются на Земле для многих целей. (Камеры, предназначенные для работы в криогенных условиях, также называются криогенными камерами.)
Для традиционных пленочных камер охлаждение требуется для уменьшения эффекта взаимности (или отказа взаимности), при котором эффективная чувствительность пленки «ASA» со временем уменьшается при длительной выдержке. Эта взаимность различна для каждого цвета в эмульсии, и поэтому она также приводит к изменению цвета на конечном изображении. Охлаждение химической эмульсионной пленки обычно достигается с помощью холодной камеры, которая предназначена для охлажденной астрофотографии. Охлаждение в этом случае обычно достигается путем контакта сухого льда с валиком, который, в свою очередь, контактирует с пленкой. [2] Эта техника была популяризирована известным астрофотографом Джеком Б. Ньютоном , а еще раньше Эверед Креймер использовал свою собственную разработку для получения изображений в альбоме Мессье, который он создал в соавторстве с Джоном Малиасом.
Многим любителям и профессиональным астрономам пришлось разрабатывать и изготавливать собственные холодные камеры для традиционной охлажденной пленочной астрофотографии, поскольку ни одна из них не была коммерчески доступна 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, соединив эмульсию с толстой (около 2 дюймов толщиной или 5 см) пробкой из пластика, обычно акрилового. Естественное теплоизоляционное свойство пластика означало, что передняя поверхность, подвергавшаяся воздействию влажности воздуха, не становилась достаточно холодной, чтобы покрыться льдом в течение длительной экспозиции. Уильямс показал эту камеру на съезде Stellafane в Спрингфилде, штат Вермонт, вскоре Celestron International лицензировала его патент и производила их в коммерческих целях в течение нескольких лет.
Хотя холодная камера Уильямса решила проблему конденсации на охлажденной эмульсии, она требовала сложного обращения с отрезанным куском пленки, обычно из рулона 35 мм, в темноте и в полевых условиях, чтобы поместить его между пластиковой заглушкой и охлаждающей пластиной. Кроме того, сама толстая заглушка вносила оптические аберрации, особенно с быстрыми оптическими системами, используемыми в астрофотографии. И любые царапины на поверхности, особенно той, которая контактировала с эмульсией, напрямую вносили вклад в изображение (хотя можно было купить сменные заглушки).
Первая реклама криогенной камеры Guerra Instruments появилась в Sky & Telescope в 1974 году. [3] Guerra Instruments была небольшим бизнесом в Ладлоу, штат Массачусетс, основанным Джоном Геррой в подвале его родителей (который также помогал с перепиской и предоставлял чертежи патентов), с соавтором-любителем Чарльзом «Чаком» Миллером. Guerra Instruments работала с 1974 по 1978 год, когда Герра присоединился к отделу оптической техники Polaroid (Кембридж, Массачусетс) в конце 1976 года.
Главным нововведением Гуэрры [4] было устранение необходимости в толстой пластиковой заглушке путем помещения пленки в герметичную камеру, содержащую осушитель. Использование осушителя для предотвращения обледенения в современных охлаждаемых камерах CMOS и CCD сейчас повсеместно, но в 1974 году это было запатентованное нововведение.
Из патента Гуэрры: «Криогенная камера, в которой алюминиевая холодильная камера, заполненная сухим льдом или жидким азотом, контактирует с задней частью металлического держателя пленки при закрытии откидной задней крышки камеры, к которой прикреплена холодильная камера. Держатель пленки располагается внутри корпуса камеры таким образом, чтобы образовать небольшой объем перед пленкой. Этот объем содержит пакет с силикагелем-осушителем, который поглощает влагу в этом объеме, который герметизируется при закрытии вышеупомянутой откидной задней крышки. Таким образом предотвращается застывание пленки и плексигласового окна, которое герметизирует апертуру камеры. Наличие этого объема позволяет интегрировать внеосевую направляющую систему в камеру, направляющую систему, состоящую из откидного зеркала, управляемого реостатом подсвечиваемого перекрестия и фокусирующего окуляра. Подсветка перекрестия обеспечивается красным светодиодом, питаемым от двух ручечных элементов, содержащихся в объеме».
Дополнительные пакеты с сухим осушителем, сшитые вручную Грейс Гуэрра и Кристиной Гуэрра, можно было легко переносить в поле и «вынимать» из камеры для следующей экспозиции. Использование стандартных держателей листовой пленки с их встроенными темными слайдами означало, что несколько держателей можно было загружать пленкой в темноте дома и переносить в поле для легкой загрузки новой эмульсии. Для облегчения загрузки разрезанной 35-миллиметровой пленки в эти держатели были предусмотрены специальные адаптеры.
Большинство из них работали с сухим льдом. Но камера могла также использовать жидкий азот, поставляемый в полевых условиях с помощью сосуда Дьюара. С этим хладагентом сухой азот сбрасывался в камеру для пленки для лучшей защиты от влажности.
Хотя большинство камер имели формат 2,25" x 3,25" с внешним диаметром носовой части 1,25", некоторые из них выпускались с носовыми частями 2,0" и даже больше. Было также выпущено несколько камер большого формата 4" x 5".
В дополнение к встроенной системе направляющих внеосевого зеркала, светоизлучающей сетке с переменной подсветкой на красном светодиоде и фокусирующему окуляру, криогенная камера Guerra включала в себя держатель фокусирующей пленки, который включал как матовый стеклянный экран, так и фокусировщик Фуко с ножевым краем. Каждая камера поставлялась с индивидуальным чехлом на молнии, разработанным и сшитым вручную Сюзанной Годетт (позже Guerra), из черно-белого Naugahyde с плюшевой красной войлочной подкладкой.
В общей сложности более 60 камер были изготовлены вручную и проданы клиентам по всему миру: в Англии, Западной Германии, Японии, Мексике, Канаде и по всем Соединенным Штатам. Первая была куплена Alfred State College в Нью-Йорке. Sonoma College в Калифорнии до сих пор числит криогенную камеру Guerra в своем инвентаре оборудования.
Начиная примерно с 1992 года, Джек Ньютон производил самодельные холодные камеры, которые, как и холодная камера Уильямса, использовали толстую оптическую вилку. Однако, в качестве существенного усовершенствования, его камера могла использовать 35-миллиметровые кассеты с рулонной пленкой, вместо того, чтобы резать куски. Производство началось некоторое время спустя после того, как камеры Уильямса перестали поставляться Celestron International.
Ниже приводится отрывок из отчета о тестировании Sky & Telescope, составленного Джонни Хорном, который сам был любителем астрофотографии уровня Джека Ньютона: «Пластиковый корпус камеры имеет металлическую «холодную» пластину, которая контактирует с задней частью пленки. После того, как в камеру помещается пара стандартных 35-миллиметровых кассет с пленкой, пленка продвигается с помощью ручки, которая поворачивается только в правильном направлении. Поскольку рулон можно легко заменить, даже если он не полностью использован, вы можете предварительно загрузить кассеты с различными эмульсиями для использования в течение ночи. На задней стороне держателя пленки установлена камера для сухого льда с ее навинчивающейся крышкой и подпружиненным плунжером для прижимания сухого льда к холодной пластине. Камера вмещает около трех столовых ложек гранулированного сухого льда, чего хватило примерно на 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 сублимируется». [5]
Традиционная химическая эмульсионная пленка для астрофотографии, охлаждаемая или нет, по большей части подошла к концу. Открытие газовой гиперсенсибилизации эмульсии в 1990-х годах в значительной степени сделало охлаждение пленки устаревшим. «Гиперсенсибилизация» пленки была намного проще, и затем ее можно было использовать в обычных камерах, и с результатами, равными или лучшими, чем те, которые были получены с холодными камерами.
Последний удар был нанесен появлением широкоформатных цифровых формирователей изображений CCD и CMOS. Даже без охлаждения эти устройства получают изображения, равные лучшим, полученным с помощью холодных камер и эмульсионной пленки. Благодаря охлаждению для контроля считывания и других источников электронного шума, результаты изображения имеют профессиональное обсервационное качество, даже с помощью скромных любительских телескопов для заднего двора.
И хотя даже охлаждение осуществляется электронным способом с помощью устройств Пельтье, а частичное образование росы/обледенение контролируется нагревателями, удаляющими росу, многие устройства по-прежнему используют внутренние пакеты с силикагелем-осушителем для удаления влаги... так же, как это делали старые криогенные камеры Guerra.
.