ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ КАМЕРА Российский патент 1994 года по МПК G03B39/02 

Изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к высокоскоростным камерам для фотографической регистрации быстропротекающих процессов.

Известны высокоскоростные камеры с оптической коммутацией изображения для регистрации быстропротекающих процессов, состоящие из последовательно расположенных на оптической оси апертурной диафрагмы, объектива, коллектива, развертывающего зеркала, коммутирующих объективов, размещенных на дуге окружности, и фильмового канала [1].

Наиболее близким техническим решением к изобретению является высокоскоростная камера, состоящая из последовательно расположенных на оптической оси апертурной диафрагмы, входного объектива, полевой диафрагмы, коллектива, промежуточного объектива, узла зеркальной развертки, блока коммутирующих объективов, размещенных на дуге окружности, фильмового канала, причем камера имеет два сменных блока коммутирующих объективов: с малым и большим числом коммутирующих объективов [2]. Увеличение числа коммутирующих объективов позволяет увеличить частоту съемки при сохранении на неизменном уровне скорости вращения развертывающего элемента, что увеличивает временную информационную способность камеры.

Однако увеличение числа коммутирующих объективов уменьшает размер кадров (его длину и высоту), а так как фотографическая разрешающая способность камеры практически сохраняется на прежнем уровне, то уменьшается пространственная информационная способность камеры.

Целью изобретения является увеличение информационной способности высокоскоростной камеры.

Цель достигается тем, что в высокоскоростную камеру, содержащую последовательно расположенные на оптической оси камеры апертурную диафрагму, входной объектив, полевую диафрагму, коллектив, промежуточный объектив, узел вертикальной развертки, включающий развертывающее зеркало, установленные на дуге окружности, коммутирующие объективы и фильмовый канал, введена установленная перед апертурной диафрагмой преломляющая бипризма, ребро тупого двугранного угла которой расположено на оптической оси камеры параллельно оси вращения развертывающего зеркала, а коллектив выполнен в виде двух соединенных между собой линз, оптические оси которых расположены симметрично относительно оптической оси камеры, при этом фокусные расстояния линз равны, а бипризма и коллектив установлены с возможностью вывода их с оптической оси камеры.

На фиг.1 показана оптическая схема высокоскоростной камеры; на фиг.2 - развернутая схема высокоскоростной камеры без развертывающего зеркала с ходом лучей при построении изображения; на фиг.3 - расположение кадров на фотопленке.

Камера содержит последовательно расположенные на ее оптической оси преломляющую бипризму 1, ребро тупого двугранного угла которой расположено на оптической оси камеры, прямоугольную апертурную диафрагму 2, входной объектив 3, в фокальной плоскости которого расположена полевая диафрагма 4. Бипризма 1 выполнена с возможностью ввода-вывода ее из оптической системы камеры. В непосредственной близости от полевой диафрагмы 4 расположен коллектив 5, который выполнен из двух соединенных между собой линз, оптические оси которых смещены симметрично относительно оптической оси камеры на расстояние h, а плоскость соединения расположена на оптической оси камеры. Коллектив 5 выполнен с возможностью ввода-вывода из оптической системы камеры. Фокусные расстояния входящих в коллектив 5 линз равны между собой. За коллективом 5 вдоль оптической оси расположены промежуточный объектив 6 и развертывающее зеркало 7. Ребро тупого двугранного угла бипризмы 1 расположено параллельно оси вращения развертывающего зеркала 7. На цилиндрическом кронштейне (не показан) установлены коммутирующие объективы 8 с оправами 9. Апертурная диафрагма 2 через входной объектив 3, полевую диафрагму 4, коллектив 5, промежуточный объектив 6, развертывающее зеркало 7 оптически сопряжена с первой поверхностью коммутирующих объективов 8. Эквидистантно цилиндрической поверхности кронштейна, на которой установлены коммутирующие объективы 8, расположен цилиндрический фильмовый канал (не показан) с фотографической пленкой 10.

Камера работает следующим образом. Пучок света (например, от осевой точки предмета) попадает на преломляющую бипризму 1 и делится на два симметричных относительно оптической оси камеры наклонных пучка. Бипризма 1 расположена на расстоянии l от объектива 3, которое определяется согласно выражению (1):
l = (1) где а - размер апертурной диафрагмы (фиг.2);
f₃ - фокусное расстояние объектива 3;
b - размер полного кадра камеры.

Благодаря такому расположению оба пучка проходят через апертурную диафрагму 2 без виньетирования и нет взаимного наложения изображений при дальнейшем прохождении пучков.

Оба пучка, пройдя через прямоугольную диафрагму 2, попадают в объектив 3, который строит два идентичных изображения предмета в плоскости полевой диафрагмы 4, т.е. в этой плоскости формируются два идентичных кадра, каждый из которых равен половине кадра, ограниченного диафрагмой 4. Далее оба пучка, пройдя линзы коллектива 5, направляются этими линзами в промежуточный объектив 6, который переносит изображения двух идентичных кадров в район развертывающего зеркала 7, а затем это изображение коммутирующими объективами 8 переносится на фотопленку 10, где формируются два идентичных фотографических кадра.

Одновременно изображение апертурной диафрагмы 2 с помощью коллектива 5 и промежуточного объектива 6 переносится через развертывающее зеркало 7 на поверхность коммутирующих объективов 8. За счет смещения оптической оси каждой линзы в коллективе 5 на величину h от общей оси камеры происходит раздвоение на величину t изображения апертурной диафрагмы 2 на поверхности коммутирующих объективов 8. Величины t и h (фиг.2) связаны линейной зависимостью
t = hK₁+ 1 - - K₁+ K₁ (2) где
K₁= (3)
При этом f₃, f₅, f₆ являются фокусными расстояниями объективов 3, 5 и 6, входящих в оптическую систему (фиг.2);
S₆ - расстояние между коллективом 5 и объективом 6;
р - расстояние между объективами 6 и 8.

Наиболее оптимальным является значение h, при котором t принимают значение, равное величине изображения апертурной диафрагмы 2' в направлении развертки. Каждое изображение 2' апертурной диафрагмы 2 соответствует определенной половине изображения полевой диафрагмы 4.

При вращении развертывающего зеркала 7 изображение полевой диафрагмы 4, которое строится проекционным объективом 6 в районе зеркала 7, практически остается неподвижным, а по поверхности коммутирующих объективов 8 перемещается раздвоенное изображение апертурной диафрагмы 2. При совпадении одного из изображений апертурной диафрагмы 2' с одним из коммутирующих объективов 8 происходит экспонирование соответствующей половины кадра на пленку 10. При этом второе изображение апертурной диафрагмы 2 совпадает с оправой 9 и экспонирования не происходит. Таким образом при вращении развертывающего зеркала 7 будет происходить последовательное экспонирование половин кадров (фиг. 3), что фактически соответствует удвоению числа кадров в камере, а следовательно, удвоению частоты съемки при фотографической регистрации быстропротекающих процессов.

При выведении бипризмы 1 и коллектива 5 из оптической схемы камера будет регистрировать информацию на полный кадр размера b (фиг.2), однако частота съемки при этом будет в 2 раза меньше, поскольку на коммутирующие объективы 8 будет проектироваться только одно изображение апертурной диафрагмы 2. Следовательно, у исследователя появляется возможность оперативно увеличивать частоту съемки, если этого требуют условия эксперимента.

Испольозование: оптико-механическая промышленность. Сущность изобретения: высокоскоростная камера содержит последовательно расположенные на оптической оси камеры апертурную диафрагму, входной объектив, полевую диафрагму, коллектив, промежуточный объектив, узел вертикальной развертки, коммутирующие объективы и фильмовый канал с фотопленкой. Перед апертурной диафрагмой установлена преломляющая бипризма, ребро тупого двугранного угла которой расположено на оптической оси, а коллектив выполнен из двух соединенных между собой линз, оптические оси которых смещены симметрично относительно оптической оси камеры, при этом бипризма и коллектив выполнены с возможностью ввода-вывода их с оптической оси камеры. Совокупность указанных признаков позволяет удвоить число кадров при проведении фотографической регистрации за счет разделения поля кадра и благодаря этому удвоить частоту съемки, что увеличивает информационную способность камеры. 3 ил.

ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ КАМЕРА, содержащая последовательно расположенные на оптической оси камеры апертурную диафрагму, входной объектив, полевую диафрагму, коллектив, промежуточный объектив, узел зеркальной развертки, включающий развертывающее зеркало, установленные на дуге окружности коммутирующие объективы и фильмовый канал, отличающаяся тем, что в нее введена установленная перед апертурной диафрагмой преломляющая бипризма, ребро тупого двугранного угла которой расположено на оптической оси камеры параллельно оси вращения развертывающего зеркала, а коллектив выполнен в виде двух соединенных между собой линз, оптические оси которых расположены симметрично относительно оптической оси камеры, при этом фокусные расстояния линз равны, а бипризма и коллектив установлены с возможностью вывода их с оптической оси камеры.