การถ่ายภาพด้วยกล้องเย็น

การถ่ายภาพด้วยกล้องเย็นเป็นเทคนิคที่นักถ่ายภาพดาราศาสตร์ ใช้ เพื่อลดสัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สะสมระหว่างการเปิดรับแสงนานด้วยเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ในกล้อง DSLRและกล้องถ่ายภาพดาราศาสตร์ CMOS หรือ CCD โดยเฉพาะ การระบายความร้อนมักทำได้ด้วยตัวระบายความร้อนเทอร์โมอิเล็กทริก Peltier การระบายความร้อนเซ็นเซอร์ของกล้องทำให้สามารถถ่ายภาพได้นานขึ้นโดยไม่ต้องกังวลว่าชิปจะร้อนขึ้น ซึ่งจะช่วยลดสัญญาณรบกวนจากความร้อน การถ่ายภาพ และการอ่าน[ 1 ]
สำหรับการถ่ายภาพดาราศาสตร์ในย่านอินฟราเรดใกล้ เช่นเดียวกับที่ใช้กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์กล้องจะถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิเยือกแข็งเพื่อกำจัดแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนจากความร้อน กล้องถ่ายภาพอินฟราเรดแบบเยือกแข็งถูกนำมาใช้บนโลกเพื่อวัตถุประสงค์หลายอย่าง (กล้องที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมเยือกแข็งเรียกอีกอย่างว่ากล้องเยือกแข็ง)
สำหรับกล้องฟิล์มแบบดั้งเดิม จำเป็นต้องมีการระบายความร้อนเพื่อลดผลกระทบจากปฏิกิริยาตอบสนอง (หรือความล้มเหลวของปฏิกิริยาตอบสนอง) ซึ่งความไวแสง "ASA" ของฟิล์มจะลดลงตามเวลาในการถ่ายภาพแบบเปิดรับแสงนาน ปฏิกิริยาตอบสนองนี้แตกต่างกันสำหรับแต่ละสีในอิมัลชัน ดังนั้นจึงนำไปสู่การเปลี่ยนสีในภาพสุดท้ายด้วย การระบายความร้อนของฟิล์มอิมัลชันเคมีมักทำได้โดยใช้กล้องระบายความร้อนที่ออกแบบมาสำหรับการถ่ายภาพดาราศาสตร์แบบระบายความร้อนโดยเฉพาะ การระบายความร้อนในกรณีนี้มักทำได้โดยการสัมผัสน้ำแข็งแห้งกับแผ่นรองที่สัมผัสกับฟิล์ม[ 2 ] เทคนิคนี้ได้รับความนิยมจากนักถ่ายภาพดาราศาสตร์ชื่อดังJack B. Newtonและก่อนหน้านั้น Evered Kreimer ได้ใช้การออกแบบของเขาเองเพื่อให้ได้ภาพในอัลบั้ม Messier ที่เขาร่วมเขียนกับ John Malias
กล้องถ่ายภาพความเย็นเชิงพาณิชย์
นักดาราศาสตร์สมัครเล่นและมืออาชีพจำนวนมากต้องออกแบบและประดิษฐ์กล้องถ่ายภาพดาราศาสตร์แบบใช้ฟิล์มเย็นด้วยตนเอง เนื่องจากไม่มีกล้องประเภทนี้วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์จนกระทั่งช่วงต้นถึงกลางทศวรรษ 1970 อุปสรรคอย่างหนึ่งคือ อิมัลชันฟิล์มที่เย็นตัวลงจะถูกเคลือบด้วยชั้นน้ำแข็งอย่างรวดเร็ว
กล้องถ่ายภาพความเย็น Williams / Celestron
บิล วิลเลียมส์ แก้ปัญหานี้ได้ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 โดยการนำอิมัลชันไปสัมผัสกับ แผ่นพลาสติกหนา (ประมาณ 2 นิ้ว หรือ 5 เซนติเมตร) ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นอะคริลิก คุณสมบัติการเป็นฉนวนความร้อนตามธรรมชาติของพลาสติกหมายความว่าพื้นผิวด้านหน้าซึ่งสัมผัสกับความชื้นในอากาศจะไม่เย็นลงจนเกิดน้ำแข็งเกาะในระหว่างการถ่ายภาพแบบเปิดรับแสงนาน วิลเลียมส์ได้นำกล้องนี้ไปแสดงในงาน Stellafane Convention ที่เมืองสปริงฟิลด์ รัฐเวอร์มอนต์ และในไม่ช้า Celestron International ก็ได้รับสิทธิบัตรของเขาและผลิตออกจำหน่ายในเชิงพาณิชย์เป็นเวลาหลายปี
แม้ว่ากล้องถ่ายภาพเย็นของวิลเลียมส์จะแก้ปัญหาการควบแน่นบนอิมัลชันที่เย็นตัวลงได้ แต่ก็ต้องใช้การจัดการที่ยุ่งยากในการตัดฟิล์มเป็นชิ้นๆ ซึ่งโดยปกติจะมาจากม้วนฟิล์ม 35 มม. ในที่มืดและในพื้นที่กลางแจ้ง เพื่อวางฟิล์มระหว่างปลั๊กพลาสติกกับแผ่นทำความเย็น นอกจากนี้ ปลั๊กที่หนาเองก็ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนทางแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับระบบเลนส์ความเร็วสูงที่ใช้ในการถ่ายภาพดาราศาสตร์ และรอยขีดข่วนใดๆ บนพื้นผิว โดยเฉพาะอย่างยิ่งรอยที่สัมผัสกับอิมัลชัน จะส่งผลโดยตรงต่อภาพ (แม้ว่าจะสามารถซื้อปลั๊กทดแทนได้ก็ตาม)
กล้องไครโอเจนิก Guerra Instruments
โฆษณาแรกของกล้องไครโอเจนิก Guerra Instruments ปรากฏในSky & Telescopeในปี 1974 [ 3 ] Guerra Instruments เป็นธุรกิจขนาดเล็กในเมืองลัดโลว์ รัฐแมสซาชูเซตส์ ก่อตั้งโดยจอห์น เกอร์ราในห้องใต้ดินของพ่อแม่ของเขา (ซึ่งยังช่วยในการติดต่อสื่อสารและจัดทำภาพวาดสิทธิบัตร) ร่วมกับชาร์ลส์ "ชัค" มิลเลอร์ นักดาราศาสตร์สมัครเล่น Guerra Instruments ดำเนินงานตั้งแต่ปี 1974 ถึงประมาณปี 1978 เนื่องจากเกอร์ราเข้าร่วมแผนกวิศวกรรมออปติกของ Polaroid (เคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์) ในปลายปี 1976
นวัตกรรมหลักของ Guerra [ 4 ]คือการกำจัดความจำเป็นในการใช้ปลั๊กพลาสติกหนาโดยการวางฟิล์มไว้ในห้องปิดผนึกที่มีสารดูดความชื้น การใช้สารดูดความชื้นเพื่อป้องกันการเกิดน้ำแข็งเกาะในกล้อง CMOS และ CCD ที่ระบายความร้อนแบบสมัยใหม่นั้นพบเห็นได้ทั่วไปแล้ว แต่ในปี 1974 ถือเป็นนวัตกรรมที่ได้รับการจดสิทธิบัตร
จากสิทธิบัตรของเกร์รา: "กล้องไครโอเจนิกซึ่งมีห้องทำความเย็นอะลูมิเนียมที่บรรจุด้วยน้ำแข็งแห้งหรือไนโตรเจนเหลว สัมผัสกับด้านหลังของที่ยึดฟิล์มโลหะเมื่อปิดฝาหลังของกล้อง ซึ่งห้องทำความเย็นถูกยึดด้วยสลัก ที่ยึดฟิล์มถูกจัดวางอยู่ภายในตัวกล้องเพื่อสร้างปริมาตรเล็กๆ ด้านหน้าฟิล์ม ปริมาตรนี้บรรจุซองสารดูดความชื้นซิลิกาเจลซึ่งดูดซับความชื้นในปริมาตรนี้ และปิดผนึกเมื่อปิดฝาหลังดังกล่าว จึงป้องกันการเกิดฝ้าบนฟิล์มและ หน้าต่าง เพล็กซิกลาสที่ปิดผนึกช่องรับแสงของกล้อง การมีอยู่ของปริมาตรนี้ทำให้สามารถรวมระบบนำทางนอกแกนไว้ในกล้องได้ ระบบนำทางประกอบด้วยกระจกแบบพับได้ เส้นเล็งเรืองแสงที่ควบคุมด้วยตัวต้านทานปรับค่าได้ และช่องมอง ภาพสำหรับปรับโฟกัส การส่องสว่างของเส้นเล็งมาจากไดโอดเปล่งแสงสีแดงที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ไฟฉายสองก้อนที่บรรจุอยู่ภายในปริมาตร"
ซองดูดความชื้นแบบแห้งเพิ่มเติม ซึ่งเย็บด้วยมือโดยเกรซ เกร์ราและคริสตินา เกร์รา สามารถพกพาไปยังพื้นที่ถ่ายทำได้อย่างง่ายดาย และ "เปลี่ยน" ออกจากห้องดูดความชื้นสำหรับการถ่ายภาพครั้งต่อไป การใช้ที่ใส่ฟิล์มแบบแผ่นมาตรฐานที่มีแผ่นกันแสงในตัว หมายความว่าสามารถบรรจุฟิล์มลงในที่ใส่ฟิล์มหลายอันในที่มืดที่บ้าน และพกพาไปยังพื้นที่ถ่ายทำได้ เพื่อความสะดวกในการบรรจุฟิล์มใหม่ อะแดปเตอร์พิเศษถูกจัดเตรียมไว้เพื่ออำนวยความสะดวกในการใส่ฟิล์ม 35 มม. ที่ตัดแล้วลงในที่ใส่ฟิล์มเหล่านี้
ส่วนใหญ่ใช้ดรายไอซ์ในการทำความเย็น แต่กล้องยังสามารถใช้ไนโตรเจนเหลวที่จัดหามาในภาคสนามโดยใช้กระติกเก็บความเย็นได้อีกด้วย เมื่อใช้สารทำความเย็นดังกล่าว ไนโตรเจนแห้งที่ระบายออกมาจะถูกปล่อยเข้าไปในห้องฟิล์มเพื่อเพิ่มการป้องกันความชื้น
กล้องส่วนใหญ่จะมีขนาด 2.25" x 3.25" โดยมีหัวรับเลนส์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 1.25" แต่บางรุ่นก็ผลิตโดยใช้หัวรับเลนส์ขนาด 2.0" และใหญ่กว่านั้น นอกจากนี้ยังมีการผลิตกล้องขนาดใหญ่ 4"x 5" อีกจำนวนหนึ่งด้วย
นอกจากระบบนำทางกระจกพลิกแบบออฟแอ็กซิสในตัว เส้นเล็งปรับความสว่างได้ด้วยไฟ LED สีแดง และช่องมองภาพแบบปรับโฟกัสได้แล้ว กล้องแช่แข็ง Guerra ยังมีที่ยึดฟิล์มแบบปรับโฟกัสได้ ซึ่งประกอบด้วยทั้งหน้าจอกระจกฝ้าและตัวปรับโฟกัสแบบคมมีด Foucault และกล้องแต่ละตัวจะถูกจัดส่งพร้อมกับกระเป๋าซิปแบบสั่งทำพิเศษ ซึ่งออกแบบและเย็บด้วยมือโดย Suzanne Gaudette (ต่อมาคือ Guerra) ทำจากหนังกลับ Naugahyde สีดำและขาว บุด้วยผ้าสักหลาดสีแดงเนื้อนุ่ม
โดยรวมแล้ว มีการผลิตกล้องด้วยมือมากกว่า 60 ตัว และจำหน่ายให้กับลูกค้าทั่วโลก ได้แก่ อังกฤษ เยอรมนีตะวันตก ญี่ปุ่น เม็กซิโก แคนาดา และทั่วสหรัฐอเมริกา กล้องตัวแรกถูกซื้อโดยวิทยาลัย Alfred State College ในนิวยอร์ก วิทยาลัย Sonoma College ในแคลิฟอร์เนียยังคงมีกล้อง Guerra Cryogenic Camera อยู่ในรายการอุปกรณ์ของวิทยาลัย
กล้องนิวตันโคลด์
เริ่มตั้งแต่ราวปี 1992 แจ็ค นิวตันได้ผลิตกล้องถ่ายภาพแบบใช้ฟิล์มเย็นที่ทำด้วยมือ ซึ่งเช่นเดียวกับกล้อง Williams Cold Camera นั้น ใช้ปลั๊กเลนส์แบบหนา อย่างไรก็ตาม จุดเด่นที่สำคัญคือ กล้องของเขาใช้ฟิล์มม้วนขนาด 35 มม. ได้ แทนที่จะต้องตัดฟิล์มเป็นชิ้นๆ การผลิตเริ่มขึ้นหลังจากที่กล้อง Williams เลิกจำหน่ายจาก Celestron International ไปแล้วระยะหนึ่ง
คำอธิบายต่อไปนี้เป็นส่วนหนึ่งจากรายงานการทดสอบ Sky & Telescope ที่เขียนโดย Johnny Horne ซึ่งเป็นนักถ่ายภาพดาราศาสตร์สมัครเล่นที่มีชื่อเสียงเทียบเท่า Jack Newton: "ตัวกล้องพลาสติกมีแผ่นโลหะ "เย็น" ที่สัมผัสกับด้านหลังของฟิล์ม หลังจากใส่ตลับฟิล์ม 35 มม. มาตรฐานสองตลับลงในกล้องแล้ว ฟิล์มจะถูกเลื่อนด้วยปุ่มหมุนที่หมุนได้เฉพาะในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้น เนื่องจากสามารถเปลี่ยนม้วนฟิล์มได้ง่ายแม้ว่าจะยังใช้ไม่หมด คุณจึงสามารถโหลดตลับฟิล์มที่มีอิมัลชันต่างๆ ไว้ล่วงหน้าเพื่อใช้ในเวลากลางคืนได้ ด้านหลังของที่ใส่ฟิล์มมีช่องใส่น้ำแข็งแห้งพร้อมฝาปิดแบบเกลียวและลูกสูบแบบสปริงสำหรับกดน้ำแข็งแห้งกับแผ่นเย็น ช่องใส่น้ำแข็งแห้งนี้บรรจุน้ำแข็งแห้งแบบเม็ดประมาณสามช้อนโต๊ะ ซึ่งใช้งานได้ประมาณ 40 นาทีในคืนที่อุณหภูมิอากาศประมาณ 60 องศาฟาเรนไฮต์ ฟิล์มจะยังคงเย็นอยู่หลายนาทีหลังจากที่น้ำแข็งระเหยหมดแล้ว" [ 5 ]
การถ่ายภาพดิจิทัลแบบระบายความร้อน: จุดจบของกล้องอิมัลชันเย็น
ฟิล์มอิมัลชันเคมีแบบดั้งเดิมสำหรับการถ่ายภาพดาราศาสตร์ ไม่ว่าจะใช้แบบระบายความร้อนหรือไม่ก็ตาม ส่วนใหญ่ได้หมดความสำคัญไปแล้ว การค้นพบการเพิ่มความไวแสงของอิมัลชันด้วยก๊าซในช่วงทศวรรษ 1990 ทำให้การระบายความร้อนฟิล์มไม่จำเป็นอีกต่อไป การเพิ่มความไวแสงของฟิล์มทำได้ง่ายกว่ามาก และฟิล์มดังกล่าวสามารถใช้กับกล้องทั่วไปได้ โดยให้ผลลัพธ์ที่เท่าเทียมหรือดีกว่าที่ได้จากกล้องแบบระบายความร้อน
การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญเกิดขึ้นจากการมาถึงของอุปกรณ์รับภาพดิจิทัล CCD และ CMOS ขนาดใหญ่ แม้จะไม่มีระบบระบายความร้อน อุปกรณ์เหล่านี้ก็ให้ภาพที่มีคุณภาพเทียบเท่ากับภาพที่ดีที่สุดที่ได้จากกล้องถ่ายภาพแบบเย็นและฟิล์มอิมัลชัน เมื่อใช้ระบบระบายความร้อนเพื่อควบคุมการอ่านค่าและแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ผลลัพธ์ของภาพจะมีคุณภาพระดับมืออาชีพเทียบเท่ากับกล้องโทรทัศน์ของหอดูดาว แม้แต่กับกล้องโทรทัศน์สมัครเล่นขนาดเล็กก็ตาม
ถึงแม้ว่าการระบายความร้อนจะทำด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้เครื่องมือ Peltier และการควบคุมการเกิดน้ำค้าง/น้ำแข็งเกาะบางส่วนทำด้วยเครื่องทำความร้อนกำจัดน้ำค้าง แต่หลายอุปกรณ์ก็ยังคงใช้ซองสารดูดความชื้นซิลิกาเจลภายในเพื่อกำจัดความชื้นอยู่ดี...เช่นเดียวกับกล้องถ่ายภาพแช่แข็งแบบเก่าของ Guerra
.