În ultimii ani, metodele electronice de îmbunătățire a luminozității imaginilor au fost dezvoltate pe scară largă în știință și tehnologie. Utilizarea unora dintre ele în astronomie pot reduce semnificativ timpul de expunere la fotografierea și crește puterea de penetrare a telescoapele optice moderne, iar în unele cazuri, pentru a observa în domeniile spectrului (regiunea infraroșu), în care chiar și plăci fotografice speciale nu sunt foarte potrivite.
Intervalele de iluminare a imaginilor, pe care astronomul trebuie să le trateze atunci când fotografiază obiecte celeste, sunt foarte mari. Această circumstanță determină timpul de expunere necesar al plăcii fotografice pentru a obține negative de bună calitate. În funcție de luminozitatea timpului de expunere poate varia de la câteva sutimi și fracțiuni, uneori, mai mici de secunde (la soare) la zeci de ore (pentru nebuloase slab, etc.). Reducerea timpului de expunere, în special când fotografiați planete, îmbunătățește calitatea imaginii. După cum se știe, fotografia pe termen lung oferă imagini fuzzy asupra negativelor datorate interferențelor cauzate de turbulențele atmosferice.
Timpul de menținere poate fi scurtat fie prin creșterea diametrului orificiului de admisie a telescopului, uneori dificil de realizat, fie prin utilizarea detectorilor fotoelectrici de lumină care sunt mai sensibili decât placa fotografică. Sensibilitatea lor relativă în majoritatea cazurilor este neschimbată, în timp ce pentru o placă fotografică, în timpul expunerilor prelungite, aceasta scade. Cresterea sensibilitatii in comparatie cu o placa fotografica cu o iluminare medie a imaginii inregistrate poate fi de aproximativ 300 de ori.
În prezent, trei metode de intensificare a luminozității unei imagini sunt utilizate pe scară largă în tehnologie: electroluminescent, electron-optic, televiziune. Unele dintre ele sunt folosite în astronomie.
Pe baza primei metode, au fost dezvoltate amplificatoare de luminanță electroluminescente (ELUs). Acestea constau într-un sistem multistrat de rezistori foto alternativi și fosfor alimentați de un curent electric. Aceste amplificatoare, în ciuda extrem de usor de manipulare și absența aproape completă în elementele lor de configurare nu sunt folosite în astronomie, deoarece acestea au o rezoluție mică și o sensibilitate la lumină relativ scăzută. Cu toate acestea, parametrii ELS se îmbunătățesc rapid și sunt susceptibili să îndeplinească în curând cerințele observațiilor astronomice.
A doua metodă de intensificare a luminozității constă în conversia imaginii optice cu ajutorul unui convertor optic electronic (EOP), mai întâi la cel electronic și apoi înapoi la cel vizibil.
Poate fi utilizat și principiul fotografiei electronice (EF). În EF, imaginea optică este proiectată pe un fotocatod semi-transparent. Aceasta din urmă emite electroni sub acțiunea luminii. În locuri luminoase, imaginile lor sunt radiate mai mult, în locuri întunecate - mai puțin. Astfel, fotocatodul formează un fascicul de electroni. Folosind un câmp electric suplimentar de 20 kV, fasciculul de electroni accelerează și se focalizează pe placa fotografică, formând o imagine electronică. Atunci când electronii lovesc o emulsie, se produce un efect similar cu cel al luminii. Un astfel de dispozitiv poate avea o putere foarte mare de rezoluție. Claritatea imaginii obținute pe o placă fotografică este limitată numai de granularitatea acesteia.
În funcție de materialul fotocatod, traductorul poate avea sensibilitate diferită în diferite fascicule de lumină, adică are sensibilitate spectrală diferită. De exemplu, fotocatodul de antimoniu-cesiu distribuit pe scară largă are un maxim de sensibilitate în razele albastre. Fotocatodul oxigen-cesiu are două sensibilități maxime - primul în razele albastre, cel de-al doilea - în infraroșu. Acest lucru face posibilă utilizarea unui convertor pentru a fotografia imaginea în razele de lumină invizibile pentru ochi. Fotocatodul oxigen-bismut-cesiu are sensibilitate maximă în razele verzi, similar sensibilității spectrale a ochiului uman. Cea mai eficientă, după cum se poate vedea din grafic, este fotocatodul multialcalin.
Pentru a compara sensibilitatea plăcii fotografice și fotocatod ca un receptor de lumină, este necesar să se definească indicatori de calitate pentru ei. De obicei, pentru comparație, luați coeficienții de eficiență, introducând conceptul de ieșire cuantică a detectorului de lumină. Pentru fotocatod este - numărul de fotoelectroni emise de acțiunea unuia izbesc foton pe suprafața sa; pentru o placă fotografică, numărul de granule de argint metalic care pot fi detectate după manifestare. Randamentul cuantic ar fi egală cu 100%, în cazul în care fiecare cuantă radiației luminoase determina apariția unui singur electron sau un bob de argint metalic în emulsie. Cea mai mare randament cuantic este posedat de fotocatodul de antimoniu-cesiu. În sensibilitatea maximă spectrală a randamentului cuantic ajunge la 30% din cantitatea teoretică, luată ca 100%. Pentru o placă fotografică sensibilă, sunt necesare circa 1.000 de quanta pentru a produce un bob de argint metalic. Astfel, randamentul cuantic al emulsiei este de aproximativ 0,1%. Sensibilitatea sensibilității fotocatodic deasupra plăcii fotografice la randamentul maxim cuantic de 300 de ori. Dacă presupunem că randamentul mediu cuantic al fotocatod de 10%, în timp ce câștigul în sensibilitatea scădea la 100 de ori. Aceasta înseamnă că un telescop de jumătate de metru, cu un fotocatodic este folosit ca detector de lumină, ar fi echivalent cu un telescop cu diametrul oglinzii de 5 m, dar numai echipat cu o placă fotografică sensibilă.
Câștigul real al duratei de exploatație ca urmare a aplicării intensificatorului de imagine poate fi, de asemenea, de 300 până la 100 de ori cu o mărire de 1: 1.
Converter pentru fotografie electronică pentru prima dată a fost făcută de către astronomul francez A. Lallemand în 1936 și utilizat pentru fotografierea stele slab luminoase și altele. Datorită faptului că imaginea de pe placa fotografică a dispozitivului este rezultatul expunerii la emulsiei nu este fluxul luminos și fasciculul de fotoelectroni emis de fotocatod, o nouă metodă de intensificare a imaginii Sesiuni foto, a fost numit fotografie electronică, iar dispozitivul - un telescop electronic.
Unul dintre primele tipuri de imagine convertor Lallemand: convertor constă dintr-un vas de sticlă, asamblat din două părți conectate printr-un dispozitiv etanș. În prima parte a imaginii optice a obiectului celest este proiectat pe suprafața sferică a vasului, interiorul care formează o fotocatodic semitransparent. convertor electronic de 120 cm telescop în Observatorul de Haute Provence (Franța) folosit din 1956 pentru a spori luminozitatea observațiilor spectrale ale obiectelor astronomice slabe. Traductorul este montat pe un spectrograf montat într-un focar direct. Un astfel de telescop oferă fotografii bune ale spectrului obiectelor astronomice la o expunere de 15 minute. Fotografierea normală este același spectru în același telescop folosind numai plăci fotografice ar necesita o expunere mult mai mare.
Îmbunătățirile suplimentare ale convertorului electronic au condus la construirea unei structuri cu trei secțiuni cu un film intermediar din aluminiu. Prima secțiune este o cameră cu vid înalt, în care este plasat un fotocatod. În loc de o placă fotografică, se folosește o peliculă de aluminiu cu grosimea de câteva microni. Scopul său este de a păstra vidul în prima secțiune și, atunci când se fotografiază, permite ca electronii să treacă de la fotocatod pe placa fotografică care se potrivește perfect cu filmul. Se aplică o tensiune de accelerare ridicată de până la 30-35 kV între film și fotocatod. Electronii sub influența câmpului electric dobândesc o viteză mare și trec cu ușurință prin filmul metalic bombardând emulsia de pe placă. În secțiunile a doua și a treia există un vid intermediar. Secțiunile comunică între ele și cu aerul exterior prin închiderea strânsă a ferestrelor.
Placa fotografică trece treptat prin toate secțiunile și este presată ferm pe film. Mișcarea nu este imediată, dar treptat: în primul rând, este introdusă în a treia secțiune, iar fereastra exterioară este închisă bine. Din această secțiune aerul este pompat. Când presiunea din secțiunile a doua și a treia devine aceeași, oa doua fereastră este deschisă și placa fotografică este introdusă în a doua secțiune. După terminarea filmării, placa fotografică este scoasă în ordine inversă de la dispozitiv. Toate aceste operațiuni sunt efectuate cu ajutorul unui electromagnet extern, care, desigur, complică funcționarea dispozitivului. Îmbunătățirea convertorului pentru fotografierea electronică a dus la o oarecare simplificare a designului său.
În modelele existente ale intensificatorului de imagine, dimensiunea imaginii de ieșire poate fi mai mare sau mai mică decât imaginea de intrare, dar mai des, scala de mărire este făcută egală cu unitatea. Când o reduceți, fluxul electronic este comprimat, mărind luminozitatea imaginii pe ecran.
Creșterea luminozității imaginii este însoțită de apariția simultană a luminii împrăștiate pe ecran. Contrastul și claritatea imaginii se deteriorează. Pentru a elimina acest dezavantaj, ecranul luminiscent pe partea interioară îndreptată spre fotocatod este acoperit cu un film de aluminiu cu grosimea de 0,08 microni. Electronii trec liber prin ea și ajung pe ecran, iar lumina împrăștiată este absorbită de ea. Ca rezultat, claritatea și contrastul imaginii pe ecranul luminescente sunt îmbunătățite.
Convertoarele de imagine reduse sunt rareori utilizate, deoarece imaginea ecranului nu este de obicei vizionată vizual, ci fotografiată. În acest scop, sunt utilizate obiective fotografice de mare viteză, care permit reducerea pierderilor mari de lumină. De exemplu, cu un obiectiv cu o deschidere relativă de 1: 1, se utilizează doar aproximativ 8% din lumina de pe ecranul convertorului, restul fiind disipat inutil fără a se ajunge pe placa fotografică. Astfel, utilizarea unei lentile fotografice reduce amplificarea efectivă a luminozității unui convertor optic electronic la aproximativ 7 ori.
Pentru a crește factorul de utilizare a luminii, a fost dezvoltat un convertor pentru imprimarea fotografică de contact într-un număr de țări, având un perete transparent și subțire, pe care se aplică un fosfor.
Dezavantajul convertoarelor care utilizează un film subțire de mică pentru substratul ecranului este imposibilitatea creșterii diametrului imaginii de ieșire. Dacă diametrul ecranului este mai mare de 10 mm, rezistența filmului devine insuficientă și este distrusă de presiunea atmosferică.
În prezent, convertoarele de acest tip sunt utilizate pe scară largă în astronomie pentru a fotografia stele și nebuloase.
Dezvoltarea și îmbunătățirea ulterioară a structurilor POR au condus la crearea unor scheme de cascadă. În ele, imaginea de pe ecran a primului convertor este proiectată de optica de mare viteză la fotocatodul celui de-al doilea și este fotografiată de pe ecranul celui de-al doilea convertor de către cameră. O astfel de schemă dă o reducere a expunerii de aproximativ 12-15 ori. Totuși, prezența unui număr mare de lentile în optica intermediară determină apariția luminii împrăștiate, ceea ce reduce contrastul și claritatea imaginii.
Un câștig mult mai mare poate fi obținut dacă sunt utilizați doi traductori fără optică intermediară. În acest scop, se face o placă de sticlă obișnuită cu o grosime mică (0,05-0,02 mm), care este baza elementului cu două straturi. Pe o parte a acestuia se aplică materialul ecranului primului traductor, iar pe cealaltă față se aplică fotocatodul semi-transparent al celui de-al doilea. Fiecare cascadă primește o tensiune de 12-15 kV și un bloc cu două trepte de 24-30 kV. Fotografierea unei imagini de pe ecranul unui astfel de convertor reduce timpul de expunere cu 100-140 de ori.
Pentru a obține un câștig de luminozitate foarte mare, numărul cascadelor este ajustat la 3-4. Totuși, creșterea ulterioară este împiedicată de dificultățile tehnologice în procesul de fabricație, precum și de contrastul redus al imaginii și de interferența crescută în dispozitivul însuși. Astfel, în convertoarele cu mai multe trepte (amplificare utilă de până la 100.000 de ori), curenții întunecați ai primului fotocatod determină zgomotul intern sub forma unui fundal ușor. Este format dintr-un număr mare de puncte luminoase, care se mișcă în mod aleator în toate direcțiile de pe ecran. Fiecare punct apare din impactul unuia sau mai multor electroni pe ecranul luminescente. Evident, câștigul de luminanță de 100.000 se dovedește limitativ. Creșterea suplimentară doar agravează funcționarea dispozitivului. Iluminarea minimă a imaginii pe fotocatodul la care este posibilă detectarea imaginii pe ecranul convertorului este de aproximativ 10-6 l / s. Aproximativ aceeași iluminare se observă pe suprafața Pământului într-o noapte intensă și fără lună.
În plus față de structurile de mai sus ale EOP, sunt cunoscute și eșantioane de laborator de alte tipuri. Unul dintre ele este un traductor care folosește metoda de emisie secundară dintr-un număr de dynoduri situate la aceeași distanță în decalajul dintre fotocatod și ecranul luminiscent. Dynodele pot lua forma unor filme subțiri metalice, care au un coeficient destul de mare de emisie secundară de electroni. Fluxul de electroni, care zboară de la fotocatodul la ecranul luminesc, scutură mulți electroni secundari din dynoduri. Aceasta crește foarte mult densitatea sa, ca urmare a creșterii luminozității imaginii pe ecranul convertorului.
Într-un alt tip de convertizor cu emisie secundară de electroni, sunt folosite ca dynode mici ochiuri metalice. Principiul acțiunii sale nu diferă de primul tip. Asemenea amplificatoare de luminozitate nu au găsit încă aplicații în practică, deoarece nu oferă o claritate bună a imaginii.
În concluzie, trebuie remarcat faptul că, de exemplu, utilizarea unui intensificator de imagine cu o putere de rezoluție de 0,1 mm dă un câștig în expunerea necesară pentru a obține o fotografie a obiectului ceresc.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: