Csináld magad apodizáló maszk

sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:00

Apodizáló maszk készítése

Bevezető

A véletlen folytán futottam bele ebbe a maszkba, amit többnyire bolygó- és kettőscsillag észlelők használnak. A netet böngészve megoszlanak a vélemények, van aki szerint zseniális, más szerint nem jobb, mint egy átlagos színszűrő vagy neutrál szűrő. Itt is felvetettem már egyszer, inkább a negatív vélemények voltak többségben - persze még soha senki sem próbálta... Egy időre el is felejtettem a dolgot, de mostanában, hogy a Jupiter már ismét szépen magasan jár éjjelente, újra eszembejutott, és úgy döntöttem, senki véleményére sem hagyatkozok, inkább magam járok utána jó-e, vagy sem. Ez a poszt egy ilyen maszk elkészítését mutatja be, kitérve a működés elméletére, majd a gyakorlati tapasztalataimat is leírom.

Az apodizáló maszk (angolul: apodizing mask vagy apodizing filter) célja a kontraszt javítása, ezzel paradox módon úgy javítani a látott képet, hogy közben a kép részletessége romlik. Ezt egy különleges kitakarással érjük el, vagyis szándékosan rontjuk úgy a távcső képét, hogy közben a gyakorlatban mégiscsak jobb képet kapunk, igaz csak a látómező közepén, nagyjából két Jupiternyi átmérőben. A kép többi része gyakorlatilag használhatatlanná válik. Leginkább kitakarásos rendszereknél lehet hasznos - hiszen itt mint látni fogjuk a kapott kép a diffrakció miatt rosszabb, mint a kitakarásmentes távcsöveknél -, de kiváncsi lennék utóbbiak tulajdonosainak tapasztalataira is.

A maszk működése

A maszk működésének megértéséhez szükséges, hogy kicsit kitérjünk olyan optikai fogalmakra, mint például a Fresnel diffrakció, Airy-korong, felbontóképesség, diffrakciós gyűrűk, stb. Mivel nem vagyok az optikában különösebben jártas, nem garantálom, hogy mindenhol tökéletesen fedni fogja a valóságot amit írok, de nem is szükséges túlságosan elmélyedni az optika rejtelmeiben ahhoz, hogy rájöjjünk, miért működőképes ez a kevéssé ismert maszk. Mindenesetre ha valahol valami tárgyi tévedést ejtek, nyugodtan javítsatok ki!

Előszöris fontos tudni, hogy távcsövünk képalkotását, felbontását - vagyis hogy milyen apró részletet tudunk vele elkülöníteni - nagyban befolyásolja egyrészt az átmérője, másrészt a látómezőnkbe belógó mindenféle dolgok, és ide kell érteni a tubus szabad végének peremét is, hisz az is egyfajta blende (vagyis határolja látómezőnket). A távcső átmérője pozitív irányban befolyásolja a felbontást: minél nagyobb az átmérő, annál jobb a távcső felbontása. Egy lyukon át érkező fénnyaláb fényintenzitásának grafikonja ezen az ábrán látható:

Kép

A középső, legnagyobb amplitúdójú hullámhegy rajzolja ki magát a csillagot (vagy egy pontszerű részletet egy bolygón). Ez, mint látható nem pontszerű, hanem adott vastagságú, vagyis a csillag képe a valóságban nem pontszerű lesz, hanem egy kis korong, mely a széle felé hirtelen veszít a fényességéből - ez az úgynevezett Airy-korong. Nagyobb átmérőnél ez a hullámhegy keskenyebb (az Airy-korong kisebb), mivel a diffrakciót okozó tubusszél kerülete nem nő olyan arányban az átmérőt növelve, mint az optika felülete: vagyis relative egy kis optikánál a tubusszél (amin fénytörés/szóródás (diffrakció) keletkezik ahogy a fény hullámai "beleakadnak" a perembe, ezáltal megváltoznak) aránya az optika méretéhez képest nagy, míg nagy optikánál egyre csökken. Ezt könnyen lehet látni, ha két különböző apertúra átmérőjét és kerületét összehasonlítod.

Tehát a nagy átmérőnél a középső hullámhegy keskenyebb, az Airy-korong kisebb, és mivel egy kép a monitor pixeleihez hasonlóan szintén képpontokból áll, egy ilyen egységnyi legkisebb felbontható részlet képe az átmérőt növelve szintén egyre kisebb lesz. Vagyis míg kis optikánál az Airy-korongok aránylag nagyok, nagy felületen mosódnak össze, így a kapott kép lágyabb, kevésbé kontrasztos, kevésbé részletes. Nagy optikánál viszont az Airy-korongok kicsik, egyre kisebb felületen mosódnak össze, így a kép részletesebb lesz - ezáltal nő a felbontás.

Kép

Újra megnézve a fenti grafikont, látszik, hogy nem csak a központi nagy hullám keletkezik a fényszóródásnak köszönhetően, hanem mellette számos kicsi, mígnem a hullámok lassan kioltódnak, lecsillapodnak. A diffrakcióban n. rendű képeket ismerünk, ami azt jelenti, hogy keletkezik egy központi, eredeti kép (ez a 0. rendű diffrakciós kép), ami tulajdonképp maga lesz a látott objektum, majd attól jobbra és balra keletkeznek az 1., 2., 3., stb rendű diffrakciós képek. Ezek már eltérített fénynyalábok, melyek fehér fény esetén valójában összetevőikre bomlanak, vagyis a szivárvány színeiben fognak pompázni. Ezek tulajdonképp a fényforrás spektrumai, melyek egyre halványodnak. Ilyen diffrakciós képeket könnyen elő lehet állítani egy prizmával, diffrakciós ráccsal, egyszerűbb megoldásként pedig egy egyszerű cd/dvd lemezzel. Erre most nem térnék ki különösebben, az interneten sokféle "cd-spektroszkóp" építési leírás van.

Vissza tehát a hullámformára: ezek az egyre csökkenő amplitúdójú hullámocskák okozzák az úgynevezett diffrakciós gyűrűket, melyek a fókuszált csillagok képe körül kirajzolódó halvány, egyre csökkenő fényességű koncentrikus köröcskék. Kisebb optikánál ezek a kisebb hullámok is szélesebbek, ezért ezeknél mégszembetűnőbbek a diffrakciós gyűrűk, míg nagyobb optikánál ez a lecsillapodás egészen "gyorsan" lezajlik, vagyis nagy optikánál sokszor alig észrevehető bármi a csillag képe körül. Bár a kép részletességét leginkább az Airy-korong mérete szabályozza, jelentős mértékben rontják a kontrasztot ezek a diffrakciós gyűrűk is, melyek szintén összeolvadnak a látott képben.

Fontos, hogy nem csak a tubus pereme okoz diffrakciót, hanem minden más is, ami belóg a fényútba: a segédtükör a legfőbb bűnös, hiszen ez takarja ki a legtöbbet, ennek kerülete elég nagy. Diffrakciót okoz a segédtükör tartólába is - egy későbbi posztban, a hatszögmaszk-építés bemutatásánál kitérek rá, hogy ez másfajta diffrakciós képet fog okozni és ennek okát is kielemezzük majd -, de diffrakciót okoz a fényútba belógó fókuszírozó, vagy akár a tubus peremébe csimpaszkodó észlelő is - ez főképp Dobson tulajdonosoknál fordulhat elő.

Tehát eljutottunk oda, hogy már értjük, mi okozza kép kontrasztjának romlását, már csak ennek megszüntetése a feladat. Vagyis kellene valami, ami ezeket a kis hullámokat kioltja. Valami, ami pont ott okoz fényveszteséget, ahol ezek az apróbb hullámok vannak. Valami, amitől a tubusperem okozta diffrakció minimálisra csökkenthető.

Erre jó az apodizáló maszk!
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:01

A maszk lényege, hogy a pereme felé egyre sötétebb legyen, méghozzá akkor a leghasznosabb, ha pont úgy változik az áteresztő-képessége, ahogy a kis hullámocskák is követik egymást az Airy-korong hullámhegye mentén. Mivel a diffrakciós-gyűrűk fényessége folyamatosan csökken, elég csak a legfényesebbeket eltüntetni - vagyis kis távcsőnél elég lehet például csak az elsőt. Ahhoz, hogy kioltsuk a hullámokat, olyan átmérőjű, egyre sötétebb korongokat kell a fényútba tenni, amik a távcső átmérőjének középső 55, 78, 90%-át hagyják szabadon. Kis távcsönél elég csak a belső 55%-ot szabadonhagyó maszkot legyártani, nagyobbnál szükség lehet mind a háromra, óriástávcsöveknél pedig akár további gyűrűkre is, mert ezeknél lehet, hogy még a 4., 5., 6. rendű diffrakciós gyűrűk is túlságosan fényesek. Tapasztalatom szerint 30cm-es átmérőnél elég a 3 lépéses megoldás. Ezeket a százalékokat - a hullámocskák távolságának függvénye az Airy-korong közepétől - ki lehet pontosan számítani, ennek menetét most nem írom le, de Fresnel diffrakcióra keresve a neten sokféle hasznos oldal található a témáról.

Kép

Tehát a feladat az, hogy építsünk egy, a pereme felé egyre sötétedő maszkot, mely kioltja a diffrakciós gyűrűket, ezáltal javítja a kontrasztot. Felmerülhet a kérdés, hogy ha a szélén már alig ereszt át a maszk, akkor nem változik-e a távcső hasznos átmérője, vagyis közvetlenül a felbontás? DE! Romlani fog a felbontás, mivel az Airy-korong egyre szélesedik, viszont mivel a maszk transzparens, ezért az Airy-korong mérete minimális mértékben növekszik csak, miközben a diffrakciós-gyűrűket sokkal nagyobb hatásfokkal oltjuk ki. Az eredmény egy kevésbé részletes, ám sokkal kontrasztosabb kép - és hiába lenne részletes egy kép, ha rossz a kontrasztja. Ez annyit tesz, hogy annak ellenére láthatunk majd több részletet a képen, hogy valójában kevesebbet kellene látnunk az Airy-korongok növekedése miatt.

Enyhén paradox helyzet, de a poszt végén bebizonyítom, hogy működik! :D
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:03

A maszk elkészítése

Szükséges hozzávalók:
- 4-6 cm széles, legalább olyan hosszú vékony szivacsdarab (pl. polifoam)
- a távcső átmérőjénél nagyobb méretű kartondarab
- ragasztószalag, minél erősebb (én fekete duct-tape-et használtam)
- lehetőleg fekete szúnyogháló, annyi amennyiből kijön három akkora kör, mint a távcső átmérője, plusz 1-2 cm
- az építéshez szükséges eszközök: modellezőkés, olló, ceruza vagy toll, körző, számológép, vonalzó


1. Első lépésként egy minél merevebb kartonlapra (én a távcsövem eredeti papírdobozát használtam fel, nagyobb távcsövekhez nehéz megfelelő méretű és merevségű kartont találni, ez pont megfelelő volt) rajzoljunk fel egy kört, pontosan akkora átmérővel, mint a távcsőtubus, amire a maszk készül. Ehhez lehet körzőt használni, bár a távcső védősapkáját is lehet sablonnak használni, ekkor azonban még utólag meg kell majd határozni a maszk közepét. Én ezt az utóbbi megoldást választottam, a körberajzolt védősapka vonalába bökve a körzőt r sugár méretűre kinyitva és több helyről felmérve ezt a metszéspontok a kör középpontját adják ki. Ez lesz a maszk külső átmérője.

Kép

2. Következő lépésként a maszk belső átmérőjét rajzoljuk fel körzővel. Ezt célszerű akkorára választani meg, mint a távcsövünk optikájának átmérője. Kisebb ne legyen, azzal már leblendéznénk a távcsövet, ami most nem célunk. Kicsit nagyobb lehet a lyuk, mint az optika, de nem kell sokkal nagyobb rés. A pontos maximális blendeméret kiszámításához lehet használni például a Newt for Windows nevű programot, illetve ennek webes változatát.

Kép

3. Érdemes a maszk belső részére (amit el fogunk távolítani a kartonból) már most felmérni az 55-78-90%-os köröket, ez később remek sablon lesz a megfelelő méretű szúnyogháló kivágásához és pontos illesztéséhez, mikor a három réteget felragasztjuk a kartonra.
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:04

4. Vágjunk ki a maszk belső részét. Ehhez használjunk modellezőkést, vagy bármilyen egyéb, rendkívül éles vágóeszközt. fontos, hogy a körívet a lehető legtökéletesebben kövessük le: minden egyes nem íves vágás diffrakciós tüskéket fog okozni! A legszebb, leghalványabb diffrakciót a tökéletes kör okozza! (Erről a későbbi, hatszögmaszkról szóló posztban fogok még bővebben írni.)

Kép

5. Vágjunk ki három négyzet formájú szúnyoghálódarabot. Nem szükséges tökéletességre törekednünk, a mérete pedig legyen akkora, hogy a kartonra ragasztva mindenhol túllógjon a maszk belső, üres szélén legalább 2-3 cm-rel, a könnyebb felragasztás miatt.

6. A középről kivágott kör kartont sablonként használva vágjuk ki a szúnyoghálóból a köröket. Tehát az egyik kapott lyuk a távcsövünk optikája átmérőjének 55%-a legyen, a második szúnyogháló lyuka 78%, a harmadik pedig 90%. Kisebb távcsöveknél a 90 vagy a 90 és a 78%-os réteg is elhagyható, de az sem baj, ha mindhárom réteg megvan! Egyszerűbb kivágni, ha félbehajtva rátesszük a sablonra, nehezékkel rögzítjük, majd az éles késsel kivágjuk az ívet. Törekedjünk rá, hogy minél szabályosabb kört alkossunk, szintén a diffrakciós kép miatt.

Kép

Kép
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:06

7. Miután mindhárom réteg elkészült, körbevághatjuk őket úgy, hogy nagyjából a szélük is kör alakú legyen, a lényeg, hogy legyen eléggé túllogjanak a sablonon a ragasztáshoz.

8. Kivágjuk a maszkot úgy, hogy a külső átmérőre még hagyjunk rá 3-4 cm-t, ebből fogjuk kialakítani a lehajtogatott fülecskéket, amikkel a maszk oldalfalához (palástjához) fogjuk rögzíteni a kartont.

9. Vágjuk ki a maszk rögzítőfüleit: érdemes kis háromszögeket vágni, ez a legegyszerűbb megoldás, nem kell tökéletesre csinálni. Ahol lehajtjuk, ott érdemes késsel megvágni, hogy könnyebb legyen a hajtás.

Kép

10. Készítsük el a maszk palástját. Ehhez célszerű valamilyen habosított szivacsszerűséget használni, mint pl polifoam matrac anyaga, de én például olyan szivacsot használtam, amelyet radiátorok mögé szoktak betenni hőtükörnek, ez kellően vékony és a bevonat miatt nagyon erős. Azért szeretek ilyen szivacsot használni merev burkolat helyett, mert ezek pontosan kivágva szépen ráhúzhatók a tubusra, és nem pottyannak le róla könnyen. Vágjunk ki tehát egy 4-6 centi széles csíkot, legyen olyan hosszú, mint a tubus kerülete, ha kell, párszor mérjük rá, míg nekünk tetsző szorosságú nem lesz. Túl szoros ne legyen, itt nem kell rettegni a leeséstől (pl. egy napfóliával szembem), sőt, nem baj, ha könnyen tudunk váltani a maszkos és maszk nélküli észlelési módok között. Miután megvan a megfelelő méret, a két végét ragasszuk össze a ragasztószalaggal, hogy egy gyűrűt kapjunk.

Kép
A hozzászólást 1 alkalommal szerkesztették, utoljára sq 2012.11.11. 10:12-kor.
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:08

11. Hajtogassuk rá a palástra a karton füleit, közben folyamatosan ragasztva a ragasztószalaggal (alternatív megoldásként Palmatex is használható, bár kicsit körülményesebb a lassú száradás miatt).

Kép

Kép

12. Most jön a neheze: feszítsük rá maszkra a szúnyogháló-rétegeket. A központozáshoz jól jön, ha a kivágott részbe visszatesszük a sablonként használt kivágott kartont. Ne feszítsük meg túlságosan a rétegeket, törekedjünk rá, hogy minél jobban kövessék az eredeti köríveket. Miután mindhárom réteg a helyére került, ragasztószalaggal rögzítsük őket. Fontos, hogy a diffrakciós képet a szúnyogháló mintázata határozza meg. Én hatszög-fonású szúnyoghálót használtam, ennél nem kell figyelni a rétegek elhelyezésére. Négyszög-fonású szúnyoghálónál a szép diffrakciós kép eléréséhez célszerű 30 fokonként elforgatva helyezni egymásra a rétegeket. Később, a látott kép kielemzésénél még kitérek majd az indokra, és hogy mit befolyásol ez. Ez a lépés nagyon fontos, legyünk türelmesek, ha kell tegyük fel a rétegeket újra és újra. A ragasztószalagot erősen nyomjuk rá a rétegekre, hogy mindhármat megtartsák.

Kép

13. Az erősség érdekében érdemes annyi ragasztószalagot használni még, hogy semmiképp se mozduljanak el a blendéhez képest a szűrőrétegek.

Kép

14. Kész a szűrő, próbáljuk rá a távcsőre! :)

Kép

Használat során lehetőleg ne legyen sok párának kitéve a papír miatt (ha műanyaglapból készíted, akkor ez nem akadály), illetve további lehetőség a finomításra, ha a maszk belső oldalát matt fekete festékkel lefestjük (a szúnyoghálót NEM).
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:09

Tapasztalatok

A napokban végre alkalmam volt kipróbálni a maszkot, és meg kell mondanom, engem lenyűgözött a látvány javulása, bár először nagyon meglepett a távcsőben látott kép:

Kép

Valóban csak a legbelső kb 2'-nyi rész használható, emiatt ez a maszk csak kis kiterjedésű objektumokhoz jó: szoros, nagy fényességkülönbségű kettősökhöz, bolygókhoz, apróbb planetáris ködökhöz, apró gömbhalmazokhoz. Holdhoz, kiterjedt mélyég-objektumokhoz nem.

Mi is látható a képen? Középen a Jupiter, a maszkot levéve/feltéve szemmel láthatóan rengeteget javul a kontraszt (lásd összehasonlító rajz). Körülötte Jupiter-méretű n. rendű diffrakciós képek. Ezek a Jupiterecskék szinesek, belülről kifelé haladva a szivárvány szineiben tündökölnek, az ibolyától a vörösig. Ahogy haladunk kifelé, úgy lesznek természetesen egyre halványabbak ezek a képek.

Maga a jellegzetes minta a szúnyogháló mintázatának köszönhető, a hatszögletű fonás okozza ezt az elrendezést, de a 30-fokban egymásra tett négyzet-fonású szúnyogháló is hasonló képet adna.

A kép széle felé haladva a diffrakciós képek összemosódnak - ez a maszk szélei felé növekvő rétegszám miatt van. Ha tökéletesen tettem volna egymásra minden egyes kis hatszögecskét a szúnyoghálórétegekben, akkor nem lenne ilyen egybeolvadás, igaz akkor a rétegszám sem érne semmit, hiszen nem lenne sötétebb a maszk a szélein. Tulajdonképp - erre talán már rájöttél -, nem is a maszk sötétsége számít, hanem a minél nagyobb diffrakció. A sötétség csak egy jelenség.

Észlelés közben az is feltűnt, hogy maszkkal a bolygó pereme kevésbé táncolt, vagyis a távcső seeing-érzékenysége is csökkent.

Egyelőre ennyi tesztre futotta időmből, mindenesetre engem meggyőzött. Természetesen hasonló hatás elérhető színszűrőkkel, neutrálszűrővel is. Ezeket mind próbáltam, ez a maszk viszont valahogy más képet ad. A non plus ultra észlelőmódszer valószínűleg az apodizáló maszk és a színszűrők együttes használata lesz.

A rajz mindössze 167x nagyítással készült, mert a légkör nyugtalansága csapnivaló volt (2-re értékeltem 10-es skálán), kiváncsi leszek, mit fog mutatni a maszk nyugodtabb légkör esetén, nagyobb nagyítással. Természetesen az egyénfüggő, hogy egy ekkora változást drámainak talál-e az észlelő vagy észre sem veszi. Talán kezdőket kevésbé nyűgöz le majd a dolog, de aki sokat küzdött már azért, hogy egy apró, másoknak esetleg jelentéktelen részletet elcsípjen, azok szerintem nem fognak csalódni. :)
A hozzászólást 2 alkalommal szerkesztették, utoljára sq 2012.11.11. 18:48-kor.
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
sq
Hozzászólások: 329
Csatlakozott: 2011.05.10. 15:00

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: sq » 2012.11.11. 10:10

Utószó

Remélem minél többen kedvet kaptatok a maszk elkészítéséhez, sok türelmet kívánok hozzá! Szívesen olvasnék itt élménybeszámolókat különböző műszerek tulajdonosaitól, akár negatív véleményt is, hiszen a negatív vélemény is hasznos lehet.


Linkek, hasznos információk

Kör apertúra okozta diffrakcióról: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hb ... pp.html#c1
Newt for Windows/Web: http://www.dalekeller.net/ATM/newtonian ... wtsoft.htm
Maskulator, letölthető diffrakció-szimulátor: http://www.njnoordhoek.com/?p=376
Apodizáló maszkról szemléletes leírás: http://www.astronomyhints.com/apodize.html
"alapvetően gonosz"
/by kukac/
Tomasz
Hozzászólások: 123
Csatlakozott: 2011.01.19. 13:59

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: Tomasz » 2012.11.11. 11:26

Hálás köszönet a leírásért. Elképesztő. Miért nem hallottam eddig erről!?
Ha csak ennyi az egész, akkor biztosan megcsinálom a 15 cm-es Newtonomra.
A 90%-os rész gondolom elhagyható ennél az átmérőnél.
uxamatőr
Hozzászólások: 161
Csatlakozott: 2011.04.08. 10:11

Re: Csináld magad apodizáló maszk

Hozzászólás Szerző: uxamatőr » 2012.11.11. 22:58

sq írta:Utószó

Remélem minél többen kedvet kaptatok a maszk elkészítéséhez, sok türelmet kívánok hozzá! Szívesen olvasnék itt élménybeszámolókat különböző műszerek tulajdonosaitól, akár negatív véleményt is, hiszen a negatív vélemény is hasznos lehet.


Linkek, hasznos információk

Kör apertúra okozta diffrakcióról: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hb ... pp.html#c1
Newt for Windows/Web: http://www.dalekeller.net/ATM/newtonian ... wtsoft.htm
Maskulator, letölthető diffrakció-szimulátor: http://www.njnoordhoek.com/?p=376
Apodizáló maszkról szemléletes leírás: http://www.astronomyhints.com/apodize.html


Üdv!

Érdekes! Kösz a leírást.
Ha szabad kérdeznem te milyen átmérőjű műszerrel használod?
Üdv.Laci
Válasz küldése

Vissza: “Okulárok, barlow-k, szűrők”