Маска Бахтинова на короткофокусной оптике
Из заметок диванного любителя астрономии
Не кидайтесь в меня тапками и помидорами, лучше помогите материально.
(Народная мудрость)
Для начала немного теории. Из квантово-волнового дуализма света нас далее будет интересовать только его волновая природа. Когда волна, в том числе и световая, сталкивается с краем некой преграды, то, миновав её, начинает "растекаться", образуя волновой фронт. Явление это было описано и объяснено ещё Юнгом и Френелем на заре девятнадцатого века и называется дифракцией.
Всем, кто хоть как-то знаком с астрономией и видел снимки, сделанные телескопами-рефлекторами это явление знакомо. Оно предстаёт в виде красивых лучиков (спайков, шипов), образующихся около звёзд на снимке. Причём, чем ярче звезда, тем интенсивнее эти спайки.
Образуются они перпендикулярно растяжкам вторичного зеркала, играющими роль тех самых преград. Телескопы-рефракторы и катадиоптрики, не имеющие таких растяжек, спайков лишены и, по мнению некоторых астрофотографов, по этой причине фотографии с них эстетически проигрывают снимкам с рефлекторов. Но проблема эта решается очень просто – достаточно перед объективом разместить крестик из двух натянутых безворсовых нитей (лучше – рыболовных лесок), и спайки на снимке гарантированы.
Павел Иванович Бахтинов, работающий в Самарском университете, и занимающийся любительской астрофотографией ещё с дремучих плёночных времён, во время одной из смен в летнем детском лагере, где он руководил юными любителями астрономии из Самары и Самарской области, решил попробовать использование этого эффекта для облегчения и повышения точности фокусировки при съёмке небесных объектов. Он очень интересно рассказал об этом Саше Смирнову на Астрофесте. (Ролик с интервью есть в интернете.
http://www.youtube.com/watch?v=japrPm7LxVo Посмотрите!)
Поначалу Бахтинов экспериментировал с модифицированной маской Хартмана.
Такая маска применима главным образом для планетной астрофотографии, но в фокусе она даёт дифракционные лучики.
Правда лучики слабенькие, и Бахтинов решил их усилить, увеличив число краёв, на которых спайки формируются. Вырезал из бумаги маску, состоящую из трёх дифракционных решёток, повёрнутых относительно друг друга.
И она заработала!
Уже потом он разобрался с теоретической базой работы этой маски и двинул её в широкую общественность. Через несколько лет маска попала в англоязычный интернет и "зашагала по планете". Было создано достаточно много программ, заточенных как на создание маски, так и на анализ спайков и на этой основе автоматизацию процесса фокусировки.
"Улучшатели" работы с маской созданы как отдельноживущие программы, работающие с ASCOM фокусёрами (например "Бахтинов граббер":
http://www.njnoordhoek.com/?p=660), так и в виде встроенных модулей практически в каждом уважающем себя комбайне для астросъёмки (MaximDL, APT и тд)
Самый популярный генератор масок на сайте Astrojargon:
http://astrojargon.net/MaskGenerator.aspx
Как видим, основных параметров всего два – фокусное расстояние и апертура нашей оптики. Скажу сразу, что вне зависимости от апертуры частота щелей определяется фокусным расстоянием. Чем меньше оное, тем чаще располагаются щели.
Как видим, при фокусном расстоянии 200 мм и "Бахтинов факторе" равном 150, (скорее всего это что-то вроде коэффициента усиления, регулирующий яркость получаемых спайков) ширина щели получается всего 0,7 мм. Если уменьшить "Бахтинов фактор" втрое (до 50), то ширина щели получается 2 мм. А уж при меньших фокусных расстояниях объективов… Резать такие щели врукопашную – задачка не для слабонервных, да и не очень выполнимая.
Один умелец (неплохой, кстати, фотограф, снимающий отличные пейзажи с Млечным путём) наладил производство масок Бахтинова под маркой "SharpStar". Делает их из оптического акрила (оргстекла) фрезеровкой на станке ЧПУ и продаёт через интернет по нехилой такой цене от 64 до 94 долларов (в зависимости от размера) плюс пересылка.
https://www.lonelyspeck.com/shop/sharpstar/ 
Но нам их буржуйские цены не очень по карману и встал вопрос о том, чтобы сделать нечто подобное самому, используя доступные технологии и материалы.
Первым делом нужно было решить вопрос с технологией. Если нельзя вырезать, то можно напечатать. Но напечатанное необходимо перенести на прозрачный материал. Либо оргстекло, либо обычное тонкое стекло. Технологии переноса изображений на твёрдые материалы хорошо проработаны радиолюбителями для создания печатных плат. Стоит воспользоваться ими. Наиболее распространённые среди них – лазерно-утюжная технология (ЛУТ) и фото-резистивная. Последняя не требует высоких температур, но отпечаток, получаемый на материале бледный и полупрозрачный. Поэтому было принято решение воспользоваться ЛУТ. В связи с этим акрил, как материал, который под горячим утюгом может деформироваться и помутнеть, был отвергнут.
Итак, стекло. Для его крепления на объектив на Али Экспрессе купил держатель фильтров Cokin P, аналогичный тому, что использовал заокеанский умелец. https:///ссылка запрещена правилами форума//item/32611099042.html
И набор переходных колец для крепления на светофильтровые резьбы всех своих объективов https:///ссылка запрещена правилами форума//item/32609066111.html
Выбор держателя определил размер необходимых для него стёкол - 94 мм x 83 мм при толщине 2 мм. Подходящее стекло (полированное, бесцветное) с резом по размеру заказчика нашел на одной из фирм, куда пришлось переться на другой конец Москвы. И слупили не слабо, но деваться было не куда. Правда потом, через пару-тройку месяцев, на ближайшем строительном рынке нашёл такое же, с резом и В ПЯТЬ РАЗ ДЕШЕВЛЕ! Но это было уже потом.
Углы стёкол зашкурил, чтобы не резались. А поверхности после этого промыл и ОБЕЗЖИРИЛ. Иначе со всей этой кухней можно и не заводиться.
Для переноса распечатки с лазерного принтера на стекло купил на том же Али специальную бумагу для термопереноса: https:///ссылка запрещена правилами форума//item/32571735391.html
В генераторе масок на Астрожаргоне создал маски с апертурой, перекрывающей размеры моих стёклышек. Тут есть один нюанс. Генератор выдаёт на-гора векторные имиджи в формате SVG, а доводить их до размера стёкол мне нужно было в Фотошопе, который этот формат абсолютно не понимает. Пришлось открывать SVGшки Иллюстратором, там копировать вектора и вставлять в Фотошоп как смарт-объекты. А дальше уже всё просто. Тут есть один подводный камень. В генераторе масок, если потом нужно результат генерации открывать в Иллюстраторе, ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно поставить галочку в окошке "Готовить для Иллюстратора" или что-то вроде того, чтобы Иллюстратор правильно понял размеры. А вообще-то, по Гамбургскому счёту, всю подготовительную работу и распечатку нужно было бы делать в векторном редакторе – Иллюстраторе или Кореле. Но у меня дружба с ними как-то не задалась, хоть оба и установлены на машине. И даже с законными лицензиями.
Ну так или иначе имиджи были подготовлены и распечатаны на китайской бумаге для термопереноса. (Маленькая ремарка: при печати в драйвере принтера нужно выбирать самое высокое качество и самую толстую бумагу). Получилось вот так (циферки – фокусные расстояния объективов):
Для утюжного термопереноса на кусок 15мм-вой фанеры положил несколько листов чистой бумаги. На неё бутерброд из стекла с распечаткой. Распечатывал с запасом по ширине, чтобы можно было подогнуть края и прихватить бумажным сотчем, чтобы бутерброд не разъехался при утюжке. (Если кто-то надумает повторить, то перед отклейкой скотча дайте бутерброду остыть до комнатной температуры, иначе вся липучка со скотча останется на стекле. Убирать её потом непросто.) Накрыл бутерброд ещё тремя-пятью слоями бумаги. Утюг поставил на нагрев "Три точки". Сколько это будет в градусах, не знаю. Но при проглажке верхняя бумажка начала коричневеть. Утюг плотно придавливал руками. Какое при этом создавал давление не знаю, но и его и температуры оказалось достаточно, чтобы тонер без остатка перешёл с бумаги на стекло. Причём держится на стекле достаточно прочно. Чтобы отодрать, нужно приложить усилие. Сам не сходит.
Вот что получилось. На снимке стёклышки лежат на листе А4. Сигарета стандартная для масштаба. Светлые пятна от ламп освещения. На маске 135 мм в левом нижнем квадранте небольшой косяк, который, как полагаю, "особого рояля" не сыграет. Для хранения и перевозки масок купил на Али сумку-футляр для таких светофильтров с бархатистым нутром. Тоже засунул её в кадр. https:///ссылка запрещена правилами форума//item/319611949.html Для дальних поездок с малым количеством оптики купил чехол на 3 фильтра https:///ссылка запрещена правилами форума//item/32816147649.html
Однако на этом мои попытки создания вариантов маски Бахтинова не завершились. В англоязычной группе "Budget Astrophotography" на Фейсбуке я наткнулся на вот этот пост:
https://www.facebook.com/photo.php?fbid=10205539450041779&set=g.1934373003243481&type=1&ifg=1 В нём умелец Edward F. Magowan поделился своей идеей создания фокусировочной маски из проволочной сетки.
Эта маска даёт на звезде два дифракционных креста, которые, в случае точной фокусировки, собираются в восьмилучевую звёздочку. А что? Вполне имеет право на существование! Просто, не трудоёмко и достаточно эффективно.
Автор даже сделал маленький ролик её использования и выложил в Ютубе:
http://www.youtube.com/watch?v=y1t2G_7FriUНо на глаз есть на глаз. И идеальную точность мы можем и проскочить, наводя объектив на резкость. А использовать в помощь этому делу софт не получится – Bahtinov Grabber понимает только лучики, расходящиеся под углом в 20 градусов от среднего. Вот и возникла идея сделать сеточную маску не из двух кусков под углом 45 градусов, а из трёх. И расположить два из них как в стандартной маске Бахтинова под углами +20 и -20 градусов к третьему. Сетка пластиковая и сварил я её точками острым паяльником. Окантовку сделал из упаковочного картона. Можно было бы поэкспериментировать с разнокалиберными сетками, но пока так. Получилось вот что:
По моим прикидкам маска должна на объективах 25-85 мм (ну может быть 135) выдавать вот такую примерно картинку, что-то вроде Мальтийского креста, (это я в Фотошопе смастерил). И Bahtinov Grabber-у есть за что зацепиться и чем порулить:
Одно жаль – не могу в полной мере опробовать их в "бою". Нет у меня пока доступа к небу…
Но часть подготовленного, включая один экземпляр "сеточки" отправил с оказией Михалычу. Так что можете подержаться руками и попробовать в реальных полевых условиях.
