A fókusz beállítása a Schmidt távcsőnél A fókuszállítás eredeti kezelőszervei A Schmidt távcsővel eredetileg fotólemezre fényképeztek. A fotólemez képsíkba állítására egy kézi kereket (1. ábra) és egy elektromotort építettek a távcsőbe, ez utóbbit nyomógombokkal (2. ábra) lehetett mozgatni. A motor csak lassú állításra (kb. 0,005 mm/s) volt képes, a kézikerékkel gyorsan is tudtunk állítani és a finom állítás is lehetséges volt. A fókusz állását mikrométer (3. ábra) mérte, amit egy a távcső oldalára szerelt kis távcsőn, a fókusztávcsőn (1. ábra, 2. ábra) át lehetett leolvasni.
1. ábra. A fókuszállító kézikerék és a fókusztávcső
2. ábra. A fókusztávcső A fókusztávcsőben - a 3. ábrán látható módon - a fókusz helyzetét a mikrométer kettős skáláján lehet leolvasni, a forgó skálán a századmillimétereket, az egyenes skálán a millimétereket látjuk. A gyakorlatban beállítható fókusz-értékek 0 és 28 mm között vannak. A fókusztávcsőhöz a legtöbb távcsőállásban lehetetlen volt hozzáférni. Fotografikus észlelésnél ez nem volt kényelmetlen, mert a fotókazetta cseréjéhez úgyis vízszintesre kellett fordítani a távcsövet. A szűrőket egyedileg helyezték be a kazetta elé, majd a szűrőnek és távcső hőmérsékletének megfelelően beállították a fókuszt. A kézi kereket is és a motor mozgatógombjait (2. ábra) is úgy 2006-03-01
-1-
Rácz Miklós
helyezték el, hogy a kazettaajtótól kézre essenek.
3. ábra. A mikrométer skálái a fókusztávcsőben
Léptetőmotoros fókuszállítás és számítógépes kiolvasás 2005-ben a fókusz állítására egy léptetőmotort, a fókusz állásának számítógépes kiolvasására pedig egy abszolút kódadót építettünk a távcsőbe. A fókusz-állítás eredeti kezelőszerveiből a kézikerék és a fókusztávcső változatlanul működik, az eredeti fókuszállító motort kiszereltük.
4. ábra. A léptetőmotoros fókuszállítás a Schmidt távcsőben Ahogy a 4. ábrán látható, a léptetőmotor bordás szíj közvetítésével mozgatja a fókuszt. A bordás szíj a fókuszmozgató mechanika és a léptetőmotor között kényszerkapcsolatot hoz létre, ennek következtében a léptetőmotoros fókuszmozgatáskor a kézi fókuszállító kerék is fordul, a kézi 2006-03-01
-2-
Rácz Miklós
fókuszállítással pedig a léptetőmotort is forgatjuk. Ez utóbbit az teszi lehetővé, hogy a léptetőmotor csak az aktív mozgatás alatt kap áramot.
5. ábra. A fókuszleolvasó kódadó a Schmidt távcsőben A fókusz leolvasásához a fókuszkijelzés mikrométerének forgó skálájához kapcsoltunk egy abszolút kódadót, ezt az 5. ábrán mutatjuk be.
6. ábra. A léptetőmotoros fókuszmozgatás és az abszolút kódadó a távcsőben. 2006-03-01
-3-
Rácz Miklós
A fókuszállító léptetőmotor mozgatására hardver eszközként egy tasztert építettünk a vezérlőpult baloldalára.
7. ábra. A fókuszállító taszter A tasztert a 7. ábrán látjuk. Két kapcsolója közül a baloldali a fókusz gyors mozgatását, a jobboldali a lassú mozgatását végzi. A kapcsolók felső felét nyomva felfelé (+), alsó felét nyomva lefelé (-) állítja a fókuszt. A fókuszmozgatás elektronikáját a távcső belsejében, a kazettacserélő ajtó mellett egy lapos fekete dobozban helyeztük el.
Számítógépes fókuszmozgatás.
8. ábra. A fókuszállítás számítógépinterfész-doboza a kupola falán 2006-03-01
-4-
Rácz Miklós
A fókuszmozgató elektronikát és az abszolút kódadót egy a kupola falán elhelyezett elektronika illeszti a számítógéphez soros vonalon (RS232 vagy RS485) keresztül. A számítógép és a fókuszállító elektronika ASCII parancsokkal kommunikál egymással. A fókuszállításra Döbrentei László Focus 1.1 néven demo programot készített, amely a mérőgépen egy ikonra kattintva indítható, és a 9. ábrán látható kis ablakból kezelhető:
9. ábra. A FOCUS 1.0 program ablaka. A számítógépes fókuszállításról (Focus 1.0 program) külön leírás készült, megtalálható nyomtatott formában és a http://www.konkoly.hu/staff/racz/Focus10.html lapon. Ha a kamera "Focus" üzemmódjában, a képélesség vizuális elemzése módszerével akarjuk állítani a fókuszt, akkor arra az időre állítsuk le a Focus11 programot, és a taszterrel dolgozzunk. Minden egyéb esetben a fókusz állítására, leolvasására a Focus11 programot javasolt használni. A program a vizuális leolvasással azonos adatot szolgáltat. Amint azt már említettük, a fókusz a kézikerékkel is állítható. Lehetőség van a fókusz állítására makrókból is, ehhez is megtalálható a segítség a Focus11 program leírásában.
Fókuszállítás a gyakorlatban Ha nagyon rossz a fókusz, akkor a csillag képe gyűrű alakú. A távcső nyílásviszonya 1:3, ilyen nyílású kúpban érkezik a csillag fénye a CCD felületére. A defókuszáltság mértéke ezért a gyűrű külső átmérőjének a háromszorosa. A távcsőbe jelenleg beépített CCD kamera pixelmérete 9 mikron, ezért ha pl. 20 pixel a gyűrű átmérője, azaz 180 mikron, akkor a defókuszáltság mintegy 0,5 mm, ennyivel kell növelnünk vagy csökkentenünk a fókusztávolságot. A fókusz durva beállítását vizuálisan végezzük. Keressünk az égbolton egy megfelelően fényes csillagot, amivel kb. 1 s expozíciós idővel közepes jelet kapunk. A kamera PMIS mérőprogramját állítsuk be a csillag körüli mintegy 60*60 vagy 100*100 pixeles részterület észlelésére, és állítsuk a mérőprogramot folytonos felvételre (FOCUS). A fókuszállító tasztert kézbe fogva nézzük a képernyőt, és a fókusz-taszter finom mozgató gombjait szinte folyamatosan nyomva szemre minimumra állítjuk a csillag képének átmérőjét. Előfordulhat, hogy a fókusz javulásával telítésbe megy a csillag. Ilyenkor csökkentsük az expozíciós időt, szélső esetben válasszunk halványabb csillagot. A vizuális fókuszállítás nagyon bizonytalan lehet, ha nyugtalan a levegő (rossz a szíing), de a szükségszerűen rövid expozíciós idők miatt jobb szíingnél sem tudjuk szemre megítélni a legjobb fókuszpozíciót. Ezért célszerű még elvégezni a következőkben pontokba szedett finomállítási procedúrát. Ha a fókusz előzőleg jól volt beállítva, a kupolatér hőmérséklete nem változott jelentősen és nem térünk át az előzőtől lényegesen eltérő vastagságú szűrőre, akkor csak századmillimétereket kell állítanunk a fókuszon. A fókuszt egészen pontosan a következő procedúrával tudjuk beállítani: 1. Álljunk rá az ég egy olyan darabjára, ahol találunk olyan csillagot vagy csillagokat, amik egy-két másodperc expozícióval az adott fókusznál néhány ezer egység maximális jelet adnak. 2. Válasszunk ki egy optimális csillagot és expozíciós területként egy a csillag körüli kb. 60*60 pixeles mezőt állítsunk be. 3. Egy-két tized milliméterrel csökkentsük a fókuszt, állítsunk be kerek tizedmillimétert. 4. Exponáljunk a kamerával, majd képfeldolgozó programmal mérjük le a csillag képének 2006-03-01
-5-
Rácz Miklós
5. 6. 7. 8. 9.
félértékszélességét függőleges és vízszintes irányban, vagy állapítsuk meg a ponteloszlási függvény félértékszélességét. Írjuk fel a fókusz-állást és a félértékszélesége(ke)t. Növeljük meg a fókuszt 0,05 mm-rel. Ismét exponáljunk a kamerával, állapítsuk meg a félértékszélessége(ke)t és írjuk fel az adatokat. Ismételjük az 5. és 6. pontokat még hatszor-nyolcszor. Ha módunkban áll, rajzoljunk fókusz-félértékszélesség diagramot, illesszünk parabolát a mérési pontokra, olvassuk le a görbe minimumhelyét. Ha erre nincs módunk, akkor becsüljük meg, hol lehetett a legjobb a kép. Állítsuk a fókuszt a görbe minimumhelyéhez.
Ha a minimumhely nincs az eddig vizsgált tartományban, akkor folytassuk a tesztfelvételeket abba az irányba, amerre a fókusz javul. A csillagkép félértékszélessége a légköri turbulenciák miatt kisebb-nagyobb mértékben fluktuál. Jó szíing (<2,5 pixel félértékszélesség) esetén sem érzékeny a képélesség a fókusz egy-két századmilliméternyi pontatlanságra. Ha rossz a szíing (>3 pixel félértékszélesség), akkor már a tizedmillimétert is megközelítheti az a fókuszpontatlanság, amit észrevehetően rontja a képélességet.
Fókuszállítás szűrőcsere esetén Egy v vastagságú, n relatív törésmutatójú plánparallel lemez a fényút hosszát v*(n-1)/n értékkel változtatja meg. Minthogy az üvegszűrők törésmutatói 1,5 körül vannak, szűrőcsere esetén a két szűrő vastagságkülönbségének nagyjából a harmadával kell odább állítani a fókuszt. A pontos értéket csak fókuszfelvétel-sorozattal tudjuk beállítani. Az UBVRI szűrősorozat minden tagja névlegesen 5 mm vastag, mégsem észlelhetünk mindegyikkel ugyanazzal a fókusz-állással. Budapest, 2004. december 9. - 2006. március 1. Rácz Miklós
2006-03-01
-6-
Rácz Miklós
