|
|
|
|
|
|
||
Этот тип аппаратов служит для регистрации и исследования быстропротекающих процессов путем их последующего воспроизведения с меньшее скоростью. Промежутки времени через которые получаем снимки могут достигать 10-8с (10-10с).
В зависимости от характера перемещения светочувствительного материала киноаппараты для скоростной съемки можно разделить на:
а) аппаратура для съемки на прерывисто перемещаемую пленку.
Этот тип аппаратов отличается от обычных широким диапазоном частот съемки и Wсмах достигает 500 кадр./с. Максимальная частота oграничивается инерционностью скачкообразного механизма и пленки, а также прочностью перфорации. Скачковый механизм в этих аппаратах представляет грейферный механизм облегченного типа, а для oбecпeчeния стoяния кадра применяются контргрейферы.
Рис. 4.2.3-1
Число зубьев такого грейферного механизма достигает 3 - 4 и они расположены с каждой стороны пленки.
Привод имеет повышенную мощность (при Wc = 250кадр/с - 350 вт), что увеличивает габариты и вес камеры. Аппарат требует жесткого крепления, при съемке не допускающее вибрации. Ход пленки осуществляется только в одной плоскости, обтюратор имеет постоянный угол раскрытия.
К отечественным аппаратам относятся 70-КСК (90 кадр/с), ПСК-2М и KСК-3М (100 кадр/с), AСK-10, -II ( 120 кадр/с), АСК-12 (200 и 400 кадр/с) и другие.
б) аппаратура с непрерывно движущемся светочувствительным материалом.
Перемещение светочувствительного материала в аппаратах с непрерывно перемещающемся материалом осуществляется двумя способами:
- с помощью зубчатого барабана; максимально возможная скорость перемещения пленки V пл.макс = 40 м/с.
- пленка располагается на поверхности вращающего барабана.
При помещении пленки снаружи барабана максимальная скорость ее перемещения достигает I50 м/с, при расположении внутри - до 300 м/с, что соответствует 5000 и 4000 кадр./с при 16 мм пленке.
Так как пленка движется непрерывно, то будут наблюдаться нерезкие контуры изображения (смазывание). За время выдержки tв перемещение составит
ΔS = (Vпл-Vиз)tв.
Для устранения или уменьшения этого явления применяют оптические компенсаторы или мгновенное экспонирование.
Компенсаторы перемещают изображение со скоростью близкой к скорости пленки, они могут быть призменными или зеркальными. Последние могут быть внешние и внутренние.
Рис. 4.2.3-2
В призменном компенсаторе смещение h равно: h = [(n-cosε/cosε' ) sinε]∙(dпр /n).
Скорость получается неравномерной, поэтому скорость выбирают такую, чтобы сдвиг был наименьшим,
Vпз = (dпр/ n∙cos/ε′)∙(n∙cosε∙cosε' ) ? cos/2ε ? tg2ε' )cos2 ε) )∙ωпр.
Обтюратором служит оправа призмы. Число граней призмы может быть различным.
Зеркальные компенсаторы состоят из зеркал, отражающие поверхности которых составляют правильный многоугольник и могут быть повернуты внутрь или наружу. Наиболее предпочтительны барабаны с внутренним расположением зеркал, т.к. они дают возможность получить постоянную освещенность на пленке в процессе компенсации. При наружном расположении зеркал полное использование светового пучка получается только в тот момент, когда главный луч пучка проходит через центр зеркала. Во всех других положениях зеркала имеют место световые потери, и поэтому освещенность изображения на пленке непрерывно изменяется.
Рис. 4.2.3-3
При методе мгновенного экспонирования съемка осуществляется с ультракороткими выдержками с целью достижения наименьшего сдвига изображения и пленки во время экспонирования. Минимально допустимая выдержка:
tв.мин = ΔSдоп/Vпл-из ,
где ΔSдоп - допустимая величина сдвига изображения, Vпл-из - относительная скорость пленки и изображения.
Ультракороткие выдержки делаются с помощью быстро перемещающейся щели или посредством импульсного освещения. В щелевых камерах экспонирование делается с помощью диска, в котором имеется несколько радиальных щелей. Если диск имеет Z щелей и делает nд об/мин, то частота съемки:
Wс = (nд/60)∙Z, кадр/с;
Wс=Vпл/Hк ; Vщ=(2πL/Z)Wρ
и
Vщ = (2πL/Z∙Hк)Vпл ; Vщ/Vпл = K = 2πL/Z∙Hк,
где К - константа съемочной камеры.
Рис. 4.2.3-4
Такое устройство обязательно дает смаз и искажает величину (масштаб) изображения в направлении движения пленки. Если Vпл и Vщ направлены в противоположные стороны, то происходит уменьшение, если они совпадают, то происходит увеличение. Частота съемки ограничивается скоростью диска.
При импульсной съемке объект должен иметь достаточный коэффициент отражения и съемка должна проводиться в затемненных помещениях. Время экспонирования (выдержка) определяется длительностью светового импульса.
Световой импульс может быть получен различными способами.
1) Искровым разрядником.
Рис. 4.2.3-5
Можно получить импульсы длительностью 10-5 - 10-6 с промежутками времени в 1 мкс.
Сопротивление Rа установлено для уменьшения тока зарядки конденсатора, вследствие чего разрядка будет происходить быстрее чем зарядка. Для ускорения деионизации искрового промежутка он продувается сжатым воздухом от специального воздушного компрессора К.
2) Электроразрядными лампами, которые питаются током высокой частоты или с помощью разрядных конденсаторов. Колбы таких ламп обычно заполняются одним из инертных газов (чаще ксеноном) под низким или высоким давлением. Световая отдача таких ламп не превышает 40 - 50 лм/вт. Продолжительность импульсного разряда может быть в пределах 10-3 - 10-6 с и зависит от величины самоиндукции разрядною контура. Напряжение не превышает 1 - 2 кв.
3) Электромеханическим способом, т.е. путем простого прерывания тока, поступающего в искровой разрядник. Такой способ получения светового импульса позволяет получить импульс длительностью не выше ? 2 - 3 · 10-3 с.
Рис. 4.2.3-6
4) Оптико-механическим способом.
Рассмотрим одну из возможных схем.
Растровая решетка Р I просвечивается параллельные пучком света. Объектив 3 изображает источник света 1 на вращающимся зеркале 4, а решетку РI в плоскости такой же решетки P2.
Рис. 4.2.3-7
При вращении зеркала в точке 6 будут получаться световые импульсы, интенсивность которых будет максимальной в момент совпадения изображения щелей решетки Р1 со щелями решетки Р2. Число импульсов в серии (одного оборота зеркала 4) равно сумме прозрачных щелей на обоих решетках. Таким способом можно получить серии импульсов с частотой 107Гц.
Достоинствами импульсного освещения являются:
- большой диапазон частот, который может быть доведен до 108 Гц,
- изображение не имеет искажений,
- возможность применения любых объективов,
К недостаткам следует отнести:
- невозможно фотографировать самосветящиеся объекты и с малым коэффициентом отражения,
- кадры часто получаются неравномерно расположенными вдоль пленки,
- вспомогательное оборудование громоздко (источники питания, электросхема и др.) и требует высококвалифицированного обслуживания.
К отечественным камерам, производящим съемку на непрерывно движущуюся пленку относятся CKC-IM с шириной пленки 16 мм и общей длиной зарядки 30 м, частота съемки 150 - 8000 кадр/с; CCKC-I, ширина пленки 190 мм. Длина зарядки 1,4 м, частота съемки 1000 - 200000 кадр/с, обе камеры имеют призменные компенсационные устройства со сменными призмами, которые имеют различное число граней. ФП-36 с шириной пленки 320 мм и длиной 55 м, частота съемки 5000 и 25000 кадр/с, имеет щелевой дисковый обтюратор.
в) Камеры с неподвижным светочувствительным материалом.
Эти камеры позволяют подучить ограниченное число кадров при очень высоких частотах съемки ( до 100 миллионов кадров в секунду). Большинство камер этого типа работают по методу оптической коммутации или с помощью серии искровых разрядников.
Существуют и другие методы. Съемка по методу оптической коммутации является наиболее распространенным способом съемки на неподвижную пленку, в основу метода положена развертка оптических пучков по светочувствительному слою с использованием оптической коммутации изображения.
Рассмотрим принципиальную схему оптической коммутации.
Рис. 4.2.3-8
Основной съемочный объектив 1 совместно с дополнительной системой 2 образует изображение объекта А ? А? на зеркале 3, с помощью которого это изображение поворачивается на некоторый угол и займет положение А?, зависящее от положения зеркала. В процессе поворота зеркала 3 изображение А? будет поворачивайся и занимать последовательно перпендикулярное положение относительно оптических осей вторичных объективов 4 , которые проектируют изображение А', которое является объектом съемки, в плоскость светочувствительного слоя и давать последовательные изображения А1",А2",А3",А4" и т.д. Дополнительная система 2 служит для проектирования выходного зрачка объектива 1 в плоскости входных зрачков вторичных объективов 4. ?В. Экспонирование будет производиться при совпадении изображения выходного зрачка объектива 1 с входным зрачком вторичного объектива.
К отечественным камерам, основанным на данном принципе, относятся:
ФП-22, частота съемки от 5000 до 100000 кадр/с, кадр 4,8х3,6 мм;
ССКС-3 частота съемки от 20000 до 300000 кадр/с кадр 10,5х7,6 мм;
СФР-Л частота съемки от 25000 до 2500000 кадр/с, кадр 5 и 10 мм;
ФП-38, частота съемки от 5 до 10 мл кадр/с, кадр 4.8 х 3,6 мм
ЛВ-1 частота съемки до 33 мл кадр/с. кадр 5 мм.
В двух последних камерах применен оптический ускоритель.
Искровые камеры основаны на применении серии искровых разрядов. Как показано на схеме при каждом разряде освещается снимаемый объект и его изображение получается на новом кадре.
Рис. 4.2.3-9
Общее число кадров, получаемое с помощью такой съемочной камеры, определяется числом искровых разрядников и объективом 2. Частота съемки зависит от частоты следования разрядов и может быть доведена до 107 кадр/с.