Как снять дифракционную картину в деталях

[dudka]

Прошу оптиков направить на путь истинный.

Для рассматривания дифракционной картины, образующейся от звезды в прямом фокусе телескопа, в ряде источников рекомендуется окулярный микроскоп. Если вместо глаза использовать ПЗС-камеру или цифровик без объектива, можно не только рассматривать, но и зафиксировать увиденное, а еще повысить удобство и шею сберечь. Поскольку ячейки матрицы слишком крупны по сравнению с деталями дифракционной картины, потребуется проекционная система. По моим прикидкам для скопа f/5 ее увеличение должно быть порядка 16...20.
Ожидаемые проблемы: неплоское поле в прямом фокусе, искривление исходно плоского поля проекционной системой, хроматизм, необходимость юстировки для соосности скопа и проекционной системы, перпендикулярность ПЗС-матрицы и оптической оси.

Итак, дифракционная картина в прямом фокусе --> проекционная система --> приемник (ПЗС-матрица).
Критерий -- наименьшее искажение дифракционной картины.

Вариант 1 - старая добрая окулярная проекция. Несложно, существуют даже готовые адаптеры, присоединяемые к окулярам. Используем один из уже имеющихся окуляров. Смущает то, что не всякий окуляр будет пригоден для проекции, четких рекомендаций нет, предлагают пробовать. Да и громоздко выйдет.

Вариант 2 - вместо окуляра использовать одиночную линзу или склейку. Легче всего (по весу), но ведь на одиночной линзе/склейке такие увеличения приведут к ужасным искажениям. Пара склеек (Петцваль, как ставят в объективы микроскопов) обещает нужное увеличение, но как это юстировать при сборке?

Вариант 3 - линза Барлоу. Смущает ее положение перед фокусом, да и необходимая кратность уж очень велика.

Вариант 4 - использовать объектив от микроскопа. Вроде это и есть родной расчетный режим такого объектива. Во всяком случае именно для такого режима исправляют хроматизм и другие аберрации.

Вопрос: что предпочесть?

[VD]

Прошу оптиков направить на путь истинный.

Для рассматривания дифракционной картины, образующейся от звезды в прямом фокусе телескопа, в ряде источников рекомендуется окулярный микроскоп. Если вместо глаза использовать ПЗС-камеру или цифровик без объектива, можно не только рассматривать, но и зафиксировать увиденное, а еще повысить удобство и шею сберечь. Поскольку ячейки матрицы слишком крупны по сравнению с деталями дифракционной картины, потребуется проекционная система. По моим прикидкам для скопа f/5 ее увеличение должно быть порядка 16...20.
Ожидаемые проблемы: неплоское поле в прямом фокусе, искривление исходно плоского поля проекционной системой, хроматизм, необходимость юстировки для соосности скопа и проекционной системы, перпендикулярность ПЗС-матрицы и оптической оси.

Итак, дифракционная картина в прямом фокусе --> проекционная система --> приемник (ПЗС-матрица).
Критерий -- наименьшее искажение дифракционной картины.

Вариант 1 - старая добрая окулярная проекция. Несложно, существуют даже готовые адаптеры, присоединяемые к окулярам. Используем один из уже имеющихся окуляров. Смущает то, что не всякий окуляр будет пригоден для проекции, четких рекомендаций нет, предлагают пробовать. Да и громоздко выйдет.

Вариант 2 - вместо окуляра использовать одиночную линзу или склейку. Легче всего (по весу), но ведь на одиночной линзе/склейке такие увеличения приведут к ужасным искажениям. Пара склеек (Петцваль, как ставят в объективы микроскопов) обещает нужное увеличение, но как это юстировать при сборке?

Вариант 3 - линза Барлоу. Смущает ее положение перед фокусом, да и необходимая кратность уж очень велика.

Вариант 4 - использовать объектив от микроскопа. Вроде это и есть родной расчетный режим такого объектива. Во всяком случае именно для такого режима исправляют хроматизм и другие аберрации.

Вопрос: что предпочесть?

Зачем это вам?

[dudka]

Ну, хотя бы отъюстироваться без вывихов шеи.
Еще, возможно, для оценки качества инструмента и последствий нововведений.
Еще, видимо, любопытство...

[Germ]

...  Если вместо глаза использовать ПЗС-камеру или цифровик без объектива,

А почему цифровик без объектива? Возьмите с объективом и используйте не упомянутый Вами

Вариант 5:  цифровик через окуляр

Просто сначала добейтесь качественного вида картины через окуляр, затем, присоединив к окуляру цифровик с объективом, сфотографируйте увиденное. Здесь лучше всего подойдет простенькая легкая цифромыльница или даже вебкамера с ее родным объективом (или видеокамера).

[yevogre]

Простите, может чего не понял, но как возможно рассмотреть диффракционную картину,
добавив аберрации окуляра, а затем ещё и объектива "мыльницы", который ограничен
геометрически, причём "по-чёрному"?

[Germ]

Простите, может чего не понял, но как возможно рассмотреть диффракционную картину,
добавив аберрации окуляра, а затем ещё и объектива "мыльницы", который ограничен
геометрически, причём "по-чёрному"?

Так если дифракционная картина в фокусе телескопа имела поперечник, скажем 20 микрон, то на матрице мыльницы она будет здесь многократно больше.Кроме того, при сильном окуляре (т. е. при малом выходном зрачке) аберрации объектива мыльницы будут сказываться меньше.

[yevogre]

Т.е. предлагается рассматривать картину в своеобразный микроскоп?
Но ИМХО в этом случае аберрации всё равно наложатся.
И потом, если диаметр пятна 20 мкм (обычно ИМХО 10), то поместив
матрицу с размером пикселя 6-7 мкм в фокус всё будет зафиксировано.

[Asafan]

 

Т.е. предлагается рассматривать картину в своеобразный микроскоп?
Но ИМХО в этом случае аберрации всё равно наложатся.
И потом, если диаметр пятна 20 мкм (обычно ИМХО 10), то поместив
матрицу с размером пикселя 6-7 мкм в фокус всё будет зафиксировано.

Именно через микроскоп. Точнее, нужен микрообъектив и тубус, далее - или матрица вебки, или окуляр+мыльница.

[Germ]

Т.е. предлагается рассматривать картину в своеобразный микроскоп?
Но ИМХО в этом случае аберрации всё равно наложатся.

Наложатся, но тут такие соображения. Во-первых, мы ведь рассматриваем дифракционную картину глазом в окуляр? И картина не так уж сильно меняется при смене окуляров. Во-вторых, из-за малого выходного зрачка объектив мыльницы работает при очень малом относительном отверстии; то есть здесь он (скорее всего) ограничен уже дифракцией, а не геометрией - по крайней мере в центре.

И потом, если диаметр пятна 20 мкм (обычно ИМХО 10), то поместив
матрицу с размером пикселя 6-7 мкм в фокус всё будет зафиксировано.

Ведь не пятно хочется зафиксировать, а картину в деталях: ну там пару колечек хотя бы Значит, нужно увеличить картину в десяток и более раз.

[dudka]

Вы праву, Arkady, пятно не интересно, нужна детальная КАРТИНА.

А расчет был такой. Первое кольцо ограничено первым и вторым минимумами, радиусы которых в радианах

1.22*Lambda/D          и        2.24*Lambda/D             соответственно,

 для круглой апертуры диаметром D.  Т.е. изменение яркости первого кольца от первого до второго минимума имеет толщину примерно

1*Lambda/D

В линейном измерении для длины волны 500 нм эти толщины составят
f/4              2 мкм
f/5              2.5 мкм
.......
f/10            5 мкм
f/15            7.5 мкм

Чтобы различать кольцо на растеризованном изображении, его толщина должна соответствовать хотя бы 5 пикселам. Принимая размер пиксела 7.5 мкм, получим 37.5 мкм. Значит проекция на CCD дифракционной картины от инструмента f/4 должна иметь увеличение более 19.

С другой стороны, хотим видеть несколько колец, считаем условно размер картины 10 толщин колец. Для длины волны 650 нм это соответствует

f/4              26 мкм
.......
f/15             97.5 мкм ,

и это должно помещаться на 400 пикселов по 5 мкм, т.е. 2000 мкм. Значит увеличение не должно быть более 21.

Приходим к выводу, что проекция с увеличением порядка 20 будет универсальной.

П.С. К слову сказать, объектив для микроскопа с увеличением 20х - достаточно умеренный вариант, не требующий применения усложненных схем или иммерсии.

[Asafan]

... П.С. К слову сказать, объектив для микроскопа с увеличением 20х - достаточно умеренный вариант, не требующий применения усложненных схем или иммерсии.

Иммерсия - это кРуто! Главное - капнуть масла на фокальную плоскость, и чтобы кривизны поля не было - масло сползет .

[yevogre]

2 dudka
И Вы хотите при f/4 на диффракционный предел выйти?
Или я чего-то не понял?
А если понял - объясните, как Вы это сделаете?
Ведь реалии - это не формулы из справочника для фотолюбителя.

[dudka]

И Вы хотите при f/4 на диффракционный предел выйти?

Вообще-то задача ставилась исследовательская и контрольная. Пожалуйста, не будем обсуждать здесь достижимость диффракционного предела при f/4. Речь была о том, что если инструмент f/4 покажет дифракционную картину, мы сможем снять ее в деталях (см. название темы). Светосила f/4 выбрана условно в качестве предельного случая.

[yevogre]

Простите, запутался абсолютно.
Поправьте, если понял не так:
1. Диффракционная картина показывается системой f/4 (зачем четверть? Поболе будет лучше, f/8 например)
2. Для проецирования на ПЗСку нужен микроскоп - выбирается объектив микроскопа с 20Х (??)
Простите, это все как-то глупо звучит - поправьте меня пожалуйста.

[Serge Chuprakov]

Простите, запутался абсолютно.
Поправьте, если понял не так:
1. Диффракционная картина показывается системой f/4 (зачем четверть? Поболе будет лучше, f/8 например)
2. Для проецирования на ПЗСку нужен микроскоп - выбирается объектив микроскопа с 20Х (??)
Простите, это все как-то глупо звучит - поправьте меня пожалуйста.

Все правильно. Только посчитайте на сколько пикселов ПЗС-ки придется дифракционная картина. Например если в фокальной плоскости она 20 мкм, то после 20X она будет 400 мкм, если Вы правильно установите ПЗС-ку, конечно. Для правильной установки надо точно узнать от 160 или 190 мм тубуса этот микрообъектив. Установить на нужном (160 мм или 190 мм) расстоянии ПЗС-ку и только после этого «навестись на резкость» перемещая объектив, тубус и ПЗС-ку как целое. Только так Вы получите свои 20X и качество изображения

[echech]

Только зачем? Какие такие детали дифракцитонной картины в фокусе вам так интересны?
Для оценки качества оптики и ее коллимации обычно фиксируют внефокалы, а их размеры много больше и не требуют окулярных микроскопов.
Обычно достаточно 2х-3х ЛБ
А для того, чтобы сфотографировать идеально дифракционное пятно достаточно очковой линзочки с относительным отверстием 1:100, только нужна будет длительная выдержка.

[yevogre]

Все правильно. Только посчитайте на сколько пикселов ПЗС-ки придется дифракционная картина. Например если в фокальной плоскости она 20 мкм, то после 20X она будет 400 мкм, если Вы правильно установите ПЗС-ку, конечно. Для правильной установки надо точно узнать от 160 или 190 мм тубуса этот микрообъектив. Установить на нужном (160 мм или 190 мм) расстоянии ПЗС-ку и только после этого «навестись на резкость» перемещая объектив, тубус и ПЗС-ку как целое. Только так Вы получите свои 20X и качество изображения

Здесь явно непонятка.
Итак, при помощи объектива, способного воспроизвести диффракционную картину, из параллельного
пучка формируется точка с этой самой картиной. Точка мала, чтобы её рассмотреть простым переносом
с ПЗС матрицы на увеличивающий экран.
Для исправления данного недостатка при помощи объектива микроскопа точка превращается
опять в параллельный пучок, чтобы затем путём сложного преобразования внутри микроскопа,
спроецировать её на ту-же матрицу.
Вы не находите, что поедание холодца разогретой вязальной спицей - детские шалости по
сравнению с вышеизложенным?

[Germ]

Здесь явно непонятка.
Итак, при помощи объектива, способного воспроизвести диффракционную картину, из параллельного
пучка формируется точка с этой самой картиной. Точка мала, чтобы её рассмотреть простым переносом
с ПЗС матрицы на увеличивающий экран.
Для исправления данного недостатка при помощи объектива микроскопа точка превращается
опять в параллельный пучок, чтобы затем путём сложного преобразования внутри микроскопа,
спроецировать её на ту-же матрицу.
Вы не находите, что поедание холодца разогретой вязальной спицей - детские шалости по
сравнению с вышеизложенным?

Хоть вопрос и не ко мне, но и я не нахожУ

Я оставлю в стороне вопросы, связанные с тем - каким (в точности) образом делается увеличение изображения дифракционной картины: микроскопом ли или цифромыльницей через окуляр. И при том и при другом способе размер собственной дифракционной картины, вносимой используемым "микроскопиком", есть величина не более одного-двух микрон. То есть она нерадикально изменит дифракционную картину, даваемую телескопом в его фокальной плоскости - десятки микрон. Вполне достаточно для оценки и для изучения. 

[yevogre]

Хоть вопрос и не ко мне, но и я не нахожУ

Я оставлю в стороне вопросы, связанные с тем - каким (в точности) образом делается увеличение изображения дифракционной картины: микроскопом ли или цифромыльницей через окуляр. И при том и при другом способе размер собственной дифракционной картины, вносимой используемым "микроскопиком", есть величина не более одного-двух микрон. То есть она нерадикально изменит дифракционную картину, даваемую телескопом в его фокальной плоскости - десятки микрон. Вполне достаточно для оценки и для изучения. 

Не буду спорить - не рассматривал.
Наверное так возможно, только я не представляю себе возможность рассматривания
диффракционной картины при помощи геометрически-ограниченных систем.

[echech]

только я не представляю себе возможность рассматривания диффракционной картины при помощи геометрически-ограниченных систем

Даже глазом?
Посмотрите своим вполне геометрически ограниченным глазом на фотографию дифракции точки - будут проблемы в рассматривании - опишите их.