Высокоскоростная камера Советский патент 1989 года по МПК G03B39/02 

1

Изобретение относится к оптико- механической промышленности, конкретно к приборам для фотографической регистрации быстропротекающих процессов.

Цель изобретения - повьшение качества и увеличение объема регистрируемой информации.

На 1 представлена принципиальная оптическая схема высокоскоро- стной камеры при однорядном расположении кадров; на фиг. 2 - то же, при двухрядном расположении кадров; на фиг. 3 - вид А на фиг.2; на фиг. 4 - сечение В-Б на фиг. 3; на . фиг. 5 - сечение В-Внафиг.3; - .фиг.6 - расположение кадров на плвнке

.при двухрядном расположении кадров. 1 1 .

Высокоскоростная камера содержит апертурнуто диафрагму 1, входной объектив 2, полевую диафрагму 3, коллектив 4, дополнительный объектив 5, первый отражатель - развертывающее зеркало 6 ускорителя. По ходу пучка лучей, отраженных от развертывающего зеркала 6, установлены зеркала 7 в виде кругового венца в пределах рабочего угла камеры (фиг, 1).

Зеркала 7 представляют собой второй отражатель ускорителя. Отражающие поверхности зеркал 7 касательны к ге окружности с радиусом d, и центром на оси вращения , развертывающего зеркала 6 и наклонены к плоское- ти, перпендикулярной к оси вращения

зеркала 6, на углыс(5° (фиг.4). Окружность, к которой касательны зеркала 7, лежит в плоскости, содержащей оптическую ось входного объектива 2, причем эта плоскость перпендикулярна оси вращения 0 О .j зеркала 6. Сбоку от дополнительного объектива 5 установлено зеркало 8, которое является третьим отражателем ускорителя. Отражающая плоскость зеркала 8 направлена в сторону развертывающего зеркала 6 и расположена под углом о(5° к плоскости, перпендикулярной оси вращения этого зеркала. Кроме того, отражающая плоскость зерка- ла 8 перпендикулярна плоскости, содержащей оптическую ось объектива 5 и ось вращения О.,0 зеркала 6, и находится на расстоянии d от оси вращения г зеркала 6 (фиг. 5). Зеркала 6 и 8 и любое из зеркал 7 составляют отдельный оптический ускоритель из трех зеркал с трехкратньм отраже .- нием от вращающегося зеркала 6.

Оптический луч после каждого уско- р ителя разворачивается в плоскости, перпендикулярной оси вращения зеркала 6 и смещенной относительно плоскости, содержащей оптическую ось входного объектива 2. По ходу луча, отраженного от зеркала 6, установлен кронштейн 9, на котором закреплены объективы 10. Коммутирующие объективы 10 установлены на сегментных вкладышах 11 группами по пять штук.

На кронштейне 9 может быть расположено пять таких групп (фиг. 3). Оптические оси ,коммутирующих объективов 10, входящих в каждую группу, сходятся в соответствующих точках С - С ,

метрично кронщтейну 9 установлен крон штейн 15, на котором установлены сегментные вкладыши 16 с коммутирующими объективами 17, Вкладыши 16 аналогичны вкладышам 11, но центры кривизны посадочных поверхностей этих вкладышей под объективы 17 расположены в плоскости, смещенной относительно плоскости расположения центров кривизны для вкладьш1ей 11, т.е. на осях симметрии, проходящих через точки касания зеркал 14 окружности радиуса d,, т.е. точки а, и через ось враще(1)

также расположено 25 штук объекти- вов 10. Таким образом, общее число кадров в высокоскоростной камере составляет 50, причем кадры строятся на

расположенных на осях симметрии, проходящих через середину дуги каждой группы коммутирующих объективов, т.е. точки а, через точки касания ю зеркал 7 окружности радиуса d,, т.е. точки а-, и через ось вращения зеркала 6. Расстояние от оси до каждой из точек С, - С, т.е. радиус R окружности, на которой распо- is ния 0,0 зеркала Ь. На кронштейне 15 ложены данные точки, определяется из выражения

,2,

где d - радиус окртаности, касатель-2о фотоматериале 12 в два ряда.

но к которой расположены .Высокоскоростная камера работает зеркала 7 и 14;следующим образом.

;d - расстояние от оси вращения Пучок лучей от объекта съемки про- 0,0 г зеркала 6 до зеркала 8. ходит апертурную диафрагму 1 и вход-- В точках GI - Cj сходятся оптичес-25 „ой объектив 2 (фиг. 1). Входной объ- кие оси коммутирующих о бъективов .10, ектив 2 строит изображение объекта и в этих точках С - С5 расположены оси цилиндрических поверхностей сегментных вкладьш1ей 11 радиусом R, на которые устанавливаются коммути рующие объективы 10. Общее количество коммутирующих объективов 10 для пяти групп составляет 25 штук. Изображение объективами 10 строится на фотоматериале 12 (фиг. 3), закреплен- ки 1. После объектива 5 пучок лучей ном в фильмовом канале (не показан). падает на развертывающее зеркало 6.

Более предпочтительным является выполнение высокоскоростной камеры при двухрядном расположении кадров на фотоматериале. В этом случае симмет- 40 Направление отраженного пучка, а сле- рично оптической оси входного объек- довательно, и участие зеркал 7 и 14 .

в работе схемы зависят от положения развертывающего зеркала 6, которое имеет одну отражающую плоскость. 45 Съемка происходит только тогда, когда отраженные от плоскости этого зерг кала 6 лучи попадают на круговой венец, состоящий из зеркал 7 или 14, т.е. только тогда, когда отраженные

50

съемки I в плоскости полевой диафрагмы 3. Это изображение является первым промежуточным изображением объек- 30 та съемки в высокоскоростной камере. Далее оно проходит через коллектив 4 и попадает на дополнительный объектив 5, который служит для построения второго промежуточного объекта съем-

Отразившись от зеркала 6, пучок лучей попадает на одно из зеркал 7 или на одно из зеркал 14 (фиг. 2).

тива 2 дополнительно установлено одиночное зеркало 13, симметричное зеркалу 8 ускорителя (фиг. 2). Между зеркалами 7 установлены аналогичные зеркала 14, которые также как и зеркала 7 касательны окружности радиуса d и.наклонены к плоскости развертки выходящего из ускорителя на тот же угол, но в противоположную относительно нормали к этой плоскости сторону, чем наклонены зеркала 7. Таким образом, все зеркала венца касательны к окружности радиуса d.|, расположены под равными углами к плоскости развертки выходящего из ускорителя луча, но с разным знаком отклонения от- нормали к этой плоскости для со- сещих зеркал 7 или 14 (фиг. 4). Симот зеркала лучи находятся в рабочем угле камеры.

После отражения пучка от любого из зеркал ,7 или 14 венца пучок света снова падает на развертывающее зер- 55 капо 6. Если пучок лучей падает на зеркала 7, то после второго отражения от зеркала 6 он попадает на зеркало 8. Если пучок лучей падает на зер- . кала 14, то после второго отражения

метрично кронщтейну 9 установлен кронштейн 15, на котором установлены сегментные вкладыши 16 с коммутирующими объективами 17, Вкладыши 16 аналогичны вкладышам 11, но центры кривизны посадочных поверхностей этих вкладышей под объективы 17 расположены в плоскости, смещенной относительно плоскости расположения центров кривизны для вкладьш1ей 11, т.е. на осях симметрии, проходящих через точки касания зеркал 14 окружности радиуса d,, т.е. точки а, и через ось вращения 0,0 зеркала Ь. На кронштейне 15

также расположено 25 штук объекти- вов 10. Таким образом, общее число кадров в высокоскоростной камере составляет 50, причем кадры строятся на

ния 0,0 зеркала Ь. На кронштейне 15

фотоматериале 12 в два ряда.

Пучок лучей от объекта съемки про- ходит апертурную диафрагму 1 и вход-- „ой объектив 2 (фиг. 1). Входной объ- ектив 2 строит изображение объекта ки 1. После объектива 5 пучок лучей падает на развертывающее зеркало 6.

съемки I в плоскости полевой диафрагмы 3. Это изображение является первым промежуточным изображением объек- та съемки в высокоскоростной камере. Далее оно проходит через коллектив 4 и попадает на дополнительный объектив 5, который служит для построения второго промежуточного объекта съем- ,

Направление отраженного пучка, а сле довательно, и участие зеркал 7 и 14

Отразившись от зеркала 6, пучок лучей попадает на одно из зеркал 7 или на одно из зеркал 14 (фиг. 2).

50

от зеркала лучи находятся в рабочем угле камеры.

После отражения пучка от любого из зеркал ,7 или 14 венца пучок света снова падает на развертывающее зер- 55 капо 6. Если пучок лучей падает на зеркала 7, то после второго отражения от зеркала 6 он попадает на зеркало 8. Если пучок лучей падает на зер- . кала 14, то после второго отражения

51

он попадает на зеркало 13. Таким образом, после второго отражения от развертывающего зеркала 6 лучи попеременно попадают на зеркало 8 или 13 и идут по двум направлениям соответ- стБенно.

Ход лучей по одному из направлени осуществляется следующим образом. После второго отражения от разверты- вающего зеркала 6 лучи попадают на зеркало 8, Отразившись от зеркала 8, пучок лучей снова попадает на развертывающее зеркало 6 и направляется на коммутирующие объективы 10, установлен ные на кронштейне 9 через сегментные вкладыши 11. Таким образом осуществ- ляется трехкратное отражение пучков лучей от развертывающего зеркала 6, что приводит к соотношению угла по- BojJOTa развертывающего зеркала 6 и угла отклонения луча после последнег отражения, выражающемус-я в виде ., , .(2)

где ЛССд - приращение угла отклонения луча после последнего отражения;

(п приращение угла поворота развертывающего зеркала,

Следовательно угловая скорость перемещения луча при трехкратном отражении от развертывающего зеркала 6 в 3 раза больше угловой скорости луча при однократном отражении. Образуется таким образом оптический ускоритель с двумя неподвижными зеркалами 7 и-В и одним вращающимся зеркалом 6. При вращении зеркала 6. пучок перемещается по одному из зеркал 7, а затем по зеркалу 6, по зеркалу 8 и, наконец, снова по отражающей поверхности зеркала 6. После последнего отражения пучок смещен вдол плоскости зеркала 6 и повернут на угол 6ucfp. Такое движение пучка равносильно его повороту на угол бЛи р вокруг точки Ср,, которая расположена в точке пересечения прямой линии, проходящей через середину а зеркала 7 и ось вращения ,; развертываюп е- го зеркала 6, с дугой окружности радиуса R, определяемого из выражения (1) .

Объектив 5 строит второе промежуточное изображение объект-а съемки в

точке 1/1. Положение точки Ii выбрано- так, что сопряженное ему изображе- :ние 1, которое строится зеркалами 8 и 6, расположено в точке С п. Так как

g 5 0

5

0

5

0

0

5

316

выходящий после трехкратного отражения пучок вращается вокруг.точки С, то изображение l объекта съемки также поворачивается вокруг точки С, но без смещения. Коммутирующие объективы 10 установлены на кронштейн 9 с радиусом К через сегментные вкладыши 11. Ось цилиндрической поверхности с радиусом К 2 вкладышей 11 проходит через точку С. Эта цилиндрическая поверхность с радиусом К 2 является посадочной для группы из пяти коммутирующих -объективов 10, которые устанавливаются на одном сегментном вкладыше 11. Оптические оси объективов 10 пересекаются в точке С,, а так как их фокусы равны и выбраны так, что изображение из С передается на светочувствительный материал, то все пять коммутирующих объективов 10 строят изображение на пленке 12 с одинаковым увеличением. На коммутирующих объективах 10 и 17 с помощью коллектива 4, объектива 5, после отражения от зеркал 7 или 14, 8 или 13 и трехкратного отражения от развертывающего зеркала 6 строится изображение апертурной диафрагмы 1. Дри вращении развертывающего зерка- ла 6 и-зображение апертурной диафрагмы 1 скользит по коммутирующим объективам 10 и 17, осуществляя св.етовой затвор при прохождении апертурной диафрагмы 1 светового размера каждого объектива.

Работа оптической схемы высокоскоростной камеры во всем рабочем угле . развертывающего зеркала 6 происходит следующим образом.

Съемка объекта камерой начинается в тот момент, когда отражающая плоскость развертывающего зеркала 6 приходит в процессе вращения в положение, ,при котором отраженный от нее пучок лучей попадает на первое зеркало из кругового венца. В данном случае это одно из зеркал 14 (фиг.2). После отражения от зеркала 14 пучок возвра-. щается к зеркалу 6, затем идет к зеркалу 13, затем снова направляется к зеркалу 6 и уже потом попадает на первый коммутирующий объектив 17, закрепленный на сегментном вкладыше 16, который в свою очередь установлен на кронштейне 15. Второе промежуточное изображение объекта съемки 1 объективами 2 и 5 строится в точке С лево- 1го канала камеры, через которую про114

ходит ось цилиндрической поверхности первого дугообразного вкладыша 16 с радиусом 1(2 . При совмещении изображения апертурной диафрагмы 1 с первым коммутирующим объективом 17 этот объектив проектирует изображение i. на светочувствительный материал 12. При дальнейшем повороте развертывающего зеркала 6 изображение апертурной диафрагмы 1 проходит все остальные четыре объектива 17 из пяти, закрепленных на первом вкладыше 16, и строит пять первых кадров на пленке 12.

Во время экспонирования кадров пу- чок лучей перемещается по,зеркалам 14 и 13 и по зеркалу 6 вдоль их отражающих поверхностей. Габариты зеркал выбирают таким образом, что сразу после экспонирования пятого кадра пучок лучей после отражения от зеркала 13 уже не попадает на зеркало 6 для третьего отражения и, следовательно, экспонирование объекта съемки после этого прекращается. Это экспонирова- ние возобновляется после того, как отражающая поверхность развертывающего зеркала 6, вращающегося непрерывно, приходит в такое положение, что пучок лучей, отраженный от этого зеркала, попадает на зеркало 7, рас- , положенное на круговом венце после зеркала 14. Пучок отражается от зеркала 7, попадает на зеркало 6, затем попадает на зеркало 8, от которого снова попадает на зеркало 6 для третьего отражения. Отразившись третий раз от зеркала 6, пучок попадает на первый коммутирующий объектив 10, расположенный на кронштейне 9, через вкладыши 11. Изображение 1 объективами 2 и 5 строится в точке С правого канала. С помощью коллектива 4 и объектива 5 изображение апертурной диафрагмы 1 переносится на коммути- рующие объективы 10. В точке С правого канала расположена ось цилиндрической поверхности радиуса R первого сегментного вкладьш1а 11.

При движении изображения апертур- ной диафрагмы 1 по коммутирующим объективам 10 происходит экспонирование следующих пяти кадров, но уже в другом канале, а следовательно, и в другом ряду на пленке 12. При завершении экспонирования пятого кадра пучок лучей сходит с зеркала 6 и третьего отражения от. этого зеркала не происходит, а следовательно,прекращается

0 5 о

5

0

318

и экспонирование объекта съемки. Оно снова возобновляется при попадании пучка лучей, отраженного от зеркала 6, на следующее зеркало 14, расположенное на круговом зеркальном венце.

Таким образом, во время поворота развертывающего зеркала 6 в рабочем угле камеры происходит поочередное экспонирование кадров в каждом канале по пять штук за счет скольжения пучка, отраженного от зеркала 6, по зеркалам 7 и 14. Каждое зеркало 7 вместе с зеркалами 6 и 8 имеет свою точку С вращения луча после трехкратного отражения от зеркала 6. Аналогично и для зеркал 14 и 13. Таких точек есть по пять в каждом канале, т.е. С1,С2,Сз,С и €5. Отсюда и оси цилиндрических вкладышей с радиусом Кл также лежат в этих точках. Всего высокоскоростная камера имеет в данном случае 50 кадров, т.е. по 25 кадров в каждом канале, расположенных группами по 5 штук (фиг. 6). Следовательно, непрерывный процесс съемки, который происходит в известных высокоскоростных камерах с коммутацией изображения, трансформируется в дискретный процесс съемки сериями по 5 кадров в каждой, но при сохранении общего времени фотографической регистрации, которое определяется временем прохождения рабочего угла развертывающим зеркалом 6 или временем сколь- жения пучка лучей по зеркальному круговому венцу, состоящему из зеркал. 7 и 14. Формула изобретения

1. Высокоскоростная камера, содер-, жащая расположенные по ходу луча ВХОД-НОЙ объектив, коллектив, промежуточный объектив, оптический ускоритель, выполненный в виде трех отражателей, первый и третий из которых выполнены в виде зеркала, а также блок коммутирующих объективов, размещенных на дуге окружности, центральный угол которой образует рабочий угол камеры, и фильмовый канал, о т- личающаяся тем, что, с целью повьш1ения качества и увеличения объема регистрируемой информации, первое зеркало оптического ускорителя установлено с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плос- ,-кости расположения фильмового канала, второй отражатель выполнен в виде

9 ,V+

группы зеркал, расположенных на дуге окружности, центр которой совпадает с .осью поворота первого зеркала, при этом центральный угол дуги равен рабочему углу камеры, а третье зеркало опт1 ческого ускорителя установлено перпендикулярно плоскости, в которой расположены оптическая ось входного объектива и ось поворота первого sepкала, причем третье зеркало -и группа зеркал второго отражателя установлены под одинаковыми углами к плоскости, перпендикулярной оси- поворота первого зеркала, при этом коммути- рующие объективы размещены группами на соответствующих дугах окружностей центр каждой из которых расположен в точке пересечения прямой, проходящей через центр этой дуги и ось поворота первого зеркала, с дугой окружности с центром на оси поворота первого зеркала и радиусом R, равньп.

,+|d

где d - радиус окружности, на дуге

которой расположены зеркала зо - второго отражателя;

5 о

5

о

31 .10

d - расстояние от третьего зеркала до оси поворота первого зеркала,

причем каждая группа коммутирующих объективов оптически сопряжена через первое и третье зеркала с соответствующим зеркалом второго отражателя.

2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена до- полнительными зеркалами и дополнительным блоком коммутирующих объективов, идентичных основному, причем первое дополнительное зеркало установлено симметрично третьему зеркалу оптического ускорителя относительно оптической оси входного объектива, а каждое из остальных дополнительных зеркал расположено между смежными зеркалами второго отражателя на их дуге окружности и симметрично им относительно оптической оси входного объектива, при этом каждая группа коммутирующих объективов дополнительного блока оптически сопряжена с соответствующим дополнительным зеркалом, расположенным между смежными зеркалами второго отражателя через первое дополнительное зеркало, и первое зеркало оптического ускорителя.

Изобретение относится к оптико- механической промьшшенности, повышает качество и увеличивает объем регистрируемой информации приборов для фоторегистрации быстропротекакицих процессов. Оптический ускоритель в высокоскоростной камере состоит из

.2.

12

фигЛ