УСТРОЙСТВО для НАБЛЮДЕНИЯ или ФОТОГРАФИРОВАНИЯв КАМЕРЕ Советский патент 1970 года по МПК G03B15/00 

Изобретение относится к устройствам для наблюдения и фотографирования под большим углом зрения в камере с очень низкой или очень высокой температурой. Главным образом оно предназначено для снижения теплообмена между камерой и внешней средой устройств для наблюдения и фотографирования (именно оптических устройств) и улучшения качества изображений, полученных этим устройством на фотопластинке, мозаичном фотокатоде передающей телевизионной трубки или сетчатке глаза наблюдателя.

Кроме того, изобретение быть применено при наблюдении или фотографировании в охлажденных, горячих камерах, оптических системах на спутниках, инфракрасных системах.

В известных устройствах для наблюдения или фотографирования под малым углом в камерах с высокой или низкой температурой не трудно изолировать теплопередачу с помош,ью отводящей зоны или камеры, причем между камерой с высокой температурой и камерой тепловой защиты устанавливается изолирующее стекло, желательно из оптического стекла с максимальной параллельностью сторон, напротив которого в стенке камеры тепловой защиты выполнена диафрагма, ограничивающая телесный угол, определяющий обменную энергию между наблюдаемой точкой

Камеры с высокой (или низкой) температурой и частью с температурой внешней среды, расположенной за диафрагмой. Между камерой тепловой защиты и внешней средой установлено еще одно изолирующее стекло с такими ж& характеристиками, затем размещается оптическая система по наблюдаемому предмету в камере с высокой (или низкой) температурой, строящей изображение на поверхности приемника изображения, фотопленке или мозаичном фотокатоде телевизионной передающей трубки. Так как интенсивность излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры и телесному углу, то обмены энергией в известных устройствах сводятся к минимуму, ибо в них при самой высокой абсолютной температуре - наименьший телесный угол, и самой низкой абсолютной температуре - наибольший телесный угол (А а больше А для камеры с температурой Т, меньшей температуры Та внешней среды, и наоборот).

Если угол наблюдения В небольшой и теплообменное излучение незначительно, устройство работает хорошо. Напротив, если угол наблюдения В становится значительным, например 90-130°, теплообменное излучение мешает работе прибора. В известных устройствах его пытаются уменьшить при помощи теплового плоского экрана, предусмотренного между изолирующими стеклами, или теплового сферического экрана между сферическими стеклами. Тепловой экран должен осуществлять тепловую изоляцию, делая возможным наблюдение или фотографирование. Идеально такой экран должен отражать все инфракрасное излучение до 10 мк (реализующее практически всю теплопередачу), пропуская все видимое излучение, что делает возможным хорошее наблюдение или фотографирование. К сожалению,-пока не известно производство таких экранов, и в существующих устройствах имеются экраны, образованные толстой пластинкой, плоской или сферической из оптического стекла. Эффективность такого экрана небольшая, так как много тепловых лучей проходят через пластинку; пластинка из стекла нагревается или охлаждается при поглощении или излучении инфракрасного излучения, исходящего из камеры, если она нагрета, или в направлении камеры, если она холодная; появляются температурные градиенты, следовательно, градиенты показателя лучепреломления в стекле пластинки, значительно ухудшающие качество оптической системы (разрешение, дисторцию, точность). Кроме того, наличие пластинки в оптической системе приводит к снижению контрастности, поскольку вводят дополнительно пластинку из стекла. В предложенном устройстве с целью снижения теплообмена между камерой и внешней средой при фотографировании под большим углом зрения и повышения качества полученного изображения система тепловой защиты выполнена в виде нескольких, например двух, взаимозаменяемых экранируюших камер неравной длины с зазорами между ними и диафрагмами в обращенных друг к другу торцах, ограничивающими соответственно телесные углы первичной и вторичной оптических систем, причем отнощение телесных углов равно отношению четвертых степеней абсолютной температуры камеры и внешней среды. Желательно экран, смежный с первичной оптической системой, поддерживать при температуре камеры или более низкой (для камеры с низкой температурой) или более высокой (для камеры с высокой температурой) по отношению к температуре камеры, а экран, смежный со вторичной оптической системой,- при температуре внешней среды или более высокой или более низкой по отношению к температуре внешней среды соответственно для камеры холодной или горячей. На фиг. 1 и 2 представлена схема устройства для действительного или мнимого первичного изображения с первичной оптической системой с большим полем зрения; на фиг. 3 и 4 показаны устройства для фотографирования в очень холодных и очень горячих камерах; на фиг. 5 - вариант выполнения правой части устройства, показанного на фиг. 3; на фиг. 6 - возможное конкретное выполнение устройства для наблюдения и фотографирования в камерах. Описываемое устройство снабжено первичной оптической системой / с небольшим полем (плоским углом раствора S), дающей в камере 2 первичное изображение, действительное Уд или мнимое 1, уменьшенное, наблюдаемое на расстоянии, например, из точки 3 под небольшим углом B(j (например, меньшим или равным 15°). Между камерой 2 и вторичной оптической системой 4 расположена удлиненной формы камера 5 тепловой защиты, образованная двумя пространствами 6i и 7 с тепловыми экранами соответственно 8 и 9, разделенными зазором 10. Оптическая система 4 по уменьшенному изображению 1 или У в камере 2 дает изображение 11, которое или может быть получено непосредственно на поверхности 12 с приемником изображения (пленкой, фотопленкой или мозаичным фотокатодом передающей телевизионной трубки) для устройства, данного на фиг. 3 (блок оптических систем аналогичен перевернутой трубе Галилея). Изображение 11 можно также наблюдать через окуляр 13 глазом 14 (см. фиг. 5). Его же можно проецировать с помощью окуляра 13 с увеличением или уменьшением (15) на приемник изображения на поверхности 12 (пленку, фотопластинку или мозаичный фотокатод телевизионной камеры) для устройства на фиг. 4. В зависимости от того, имеет ли камера 2 температуру Г, намного превышающую температуру внешней среды Т (фиг. 4) или, напротив, температуру Г, меньшую температуры Та (фиг. 3), пространства 5 и 7 и соответственно экраны S и 9 размещают различным образом, однако симметричным, что очень выгодно, так как блок 5 с пространствами 6-7 при переворачивании можно использовать в обоих устройствах. Экраны 8 к 9 между собой разделены зазором 10 и выполнены с диафрагмами 16, определяющими, с одной стороны, телесный угол А,,, под которым первичная оптическая система / видит пространство с температурой внещней среды Т, и, с другой стороны, телесный угол Л, под которым вторичная оптическая система 4 видит пространство с температурой камеры или Т. При этом плоский угол So, под которым видно изображение 1а или 1, такой же, как и плоский угол В в известных устройствах, что делает возможным наблюдение или фотографирование под большим углом Л при небольших телесных углах Лд и Л передачи тепловых потоков. Положение зазора 10 между оптическими системами / и может быть выбрано так, чтобы изменить тепловую мощность, отдаваемую и получаемую этими оптическими системами. В действительности, зазор 10 находится ближе к зоне с самой высокой температурой, то есть вторичной оптической системе 4, чем к

2 имеет температуру Г, меньшую температуры внешней среды Гд, и ближе к первичной оптической системе 1, чем ко вторичной оптической системе 4, когда температура Т камеры 2 больше температуры внешней среды известных устройствах зазор 10 располагают так, чтобы тепловые мошности, передаваемые в телесных углах Л и Л были бы равными.

Тепловые мош,ности пропорциональны четвертой степени температуры и телесным углам; таким образом, принимают, что для устройства на фиг. 3 и 4

(Г,)М, (Г,)М,.

Для плоских углов Ае и Аа, соответствуюш;их телесным углам А и Лд, должно

а (TaY

л; (T-.Y

Например, если Т, 20°К и Г 280°К, лучают -- 100; возможное решение

е Аа 180° и Ле 1,8°.

Если по оптическим или механическим соображениям, как в приведенном случае, найденные величины для этих углов неприемлемые, можно (см. фиг. 3) выравнить излучаемые тепловые мощности дополнительным охлаждением экрана 8 с низкой температурой с холодной стороны и дополнительным нагреванием горячего экрана 9 с горячей стороны так, чтобы скомпенсировать снижением излучения холодного экрана избыток излучения через зазор 10 и увеличением излучения горячего экрана недостаток излучения через это отверстие.

На фиг. 6 приведена возможная реализация устройства на фиг. 3 для обеспечения наблюдения в камере 2, образованной пузырьковой камерой, служащей для наблюдения ядерных процессов и включающей полусферическое смотровое окно 17 из оптического стекла.

На фиг. 6 показаны первичная оптическая система, два экрана 5 и 5 (экран 8 обычно поддерживают при низкой температуре Т g камеры 2, а экран 9 - при температуре внешней среды Гд, вторичная оптическая система 4 и проекционный окуляр 13 (устройство на фиг. 6 соответствует варианту на фиг. 5 в

случае наблюдения или первой части фиг. 4 в случае фотографирования). Оба изотермических экрана S и 9 покрыты медью; холодный экран 8 дополнительно охлажден змеевиком 18, горячий экран 9 дополнительно нагрет змеевиком 19.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет фотографировать под очень большим углом в камерах с очень низкой или

очень высокой температурой, именно, в камерах с глубоким охлаждением (криостатах, пузырьковых камерах и т. д-), в горячих камерах (печах, котлах, ядерных реакторах и т. д.. ..), в оптических системах на спутниках, когда нужно отделить приемник изображения от излучения черного пространства с очень низкой температурой, и в инфракрасных системах для отделения внешней среды от очень низкой температуры, имеющей обычно

место на инфракрасном приемнике изображения. Оно позволяет значительно снизить теплообмен (именно излучением), между очень горячей или очень холодной камерой и внешней средой. Оптическое качество изображеНИИ, получаемое на сетчатке глаза или приемнике изображения, - отличное, так как между камерой и оптической системой для наблюдения или фотографирования нет теплового экрана из стекла.

Предмет изобретения

Устройство для наблюдения или фотографирования в камере с низкой или высокой

температурой, содержащее первичную широкоугольную оптическую систему, вторичную оптическую систему с меньшим полем зрения и расположенную между ними систему тепловой защиты, отличающееся тем, что, с целью

снижения теплообмена между камерой и внешней средой при фотографировании под большим углом зрения и повышения качества полученного изображения, в нем система тепловой защиты выполнена в виде нескольких,

например двух, взаимозаменяемых экранируемых камер неравной длины с зазорами между ними и диафрагмами в обращенных друг к другу торцах, ограничивающими соответственно телесные углы первичной и вторичной оптических систем, причем отношение телесных углов равно отношению четвертых степеней абсолютной температуры камеры и внешней среды.

иг

Те

13