Bahtinov maskers als optische schuifmaat? Teus Tukker, Ferry Zijp

Transcriptie

1 Bahtinov maskers als optische schuifmaat? Teus Tukker, Ferry Zijp

2 Onderwerpen Wie zijn wij? Kleine selectie van onze astrofoto s Geschiedenis van het Bahtinov masker Hoe ziet een sterafbeelding er rond het focus precies uit? Nauwkeurigheid van de Bahtinov methode Kan het beter? Beeldherkenning! Experimenten: absolute defocus bepaling uit één opname

3 Teus Tukker, Ferry Zijp Optica achtergrond UTwente / TUDelft Optica bij Philips Research en Lighting Ferry op op Twitter TWT op Astroforum

4 Teus Tukker, Ferry Zijp Optica achtergrond UTwente / TUDelft Optica bij Philips Research en Lighting Ferry op op Twitter TWT op Astroforum

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14 Bahtinov maskers Idee van Pavel Bahtinov op in 2005 (Russisch) Introductie in Engelstalige wereld via Dennis Sakva op CloudyNights in 2008

15

16 Bahtinov diffractie patroon op beeldsensor

17 Bahtinov s idee

18

19 Perfect focus? The Bahtinov mask achieves perfect focus in seconds. Spike-A.com You can achieve critical focus with a CCD cameras in less than a minute. Sells new for $45 Astromart John Bahtinov Masks are the perfect focusing aid for astro imaging. You can identify with absolute certainty when you have reached perfect focus. Teleskop-express.de fine tune your tuning knobs until the center spike is in the middle. Your (sic) now in perfect focus. Amazon There is no way to make sure you are in the CFZ with help of a Bahtinov mask; there is not enough resolution in the above Bahtinov pattern I am not sure if my focus was dead on there, I have my doubts. Bilgebay The Bahtinov Mask won't give you perfect focus on a fast (f/4) telescope. It is too coarse a tool for that, but it is more accurate than a Hartmann Mask, and judging from experience it rivals what I can do with FWHM software. Bill Christie

20 Ster afbeelding rond focus (f/4.5, λ=0.550 μm) Airy schijf Defocus: 0 μm Diameter 1e donkere ring: d = 2.44 x λ x (f/#) d Bijvoorbeeld: λ =0.55 μm en f/4.5 d = 2.44 x 0.55 x 4.5 = 6 μm

21 Ster afbeelding rond focus (f/4.5, λ=0.550 μm) Airy schijf Defocus: μm Diameter 1e donkere ring: d = 2.44 x λ x (f/#) Bijvoorbeeld: λ =0.55 μm en f/4.5 d = 2.44 x 0.55 x 4.5 = 6 μm

22 Focusrichting z [μm] Ster afbeelding rond focus (f/4.5, λ=0.550 μm) Beeldveld x [μm]

23 Focusrichting z [μm] Diffractie begrensd: Critical Focus Zone (CFZ) Maréchal criterium: 82% Airy piek 100% CFZ = 4 x λ x (f/#) x (f/#) 2 Bijvoorbeeld: f/4.5 CFZ = 2.2 x (4.5) 2 = 45 μm CFZ Beeldveld x [μm]

24 Computer simulaties Monochromatisch (550 nm) en wit licht, van -300 tot +300 μm defocus voor f/4.5 Overbelicht Niet overbelicht

25 Verplaatsing [μm] Computer simulaties: gevoeligheid Verplaatsing : Simulatie met f/ Gevoeligheid Sensor defocus afstand [μm] Verplaatsing in μm = x defocus afstand van sensor in μm (bij f/4)

26 Gevoeligheid voor f/2 tot f/25 Gevoeligheid = / (f/#) Verplaatsing in μm = gevoeligheid x defocus afstand van sensor in μm Verplaatsing in μm = (0.551 / (f/#)) x defocus afstand van sensor in μm

27 D = CFZ / 2 * Gevoeligheid [μm] Maximale verplaatsing op beeldsensor LSQ fit: D = (f/#) f/# (-) Voor typische deepsky systemen met f/8 is de maximale verplaatsing om binnen de CFZ te blijven minder dan 1 pixel!

28 Niels Noordhoek: de Bahtinov grabber Bahtinov beeldherkenning op basis van screenshots Defocus in pixels, later geometrisch-optisch model voor absolute defocus

29 Eigen Bahtinov analyser code Matlab-gebaseerd: leest beeld uit bestand Subpixel nauwkeurige positieherkenning voor absolute defocus maat

30 Ingrediënten voor experiment

31 Defocus z [μm] Stappenmotor experiment Δz = N [μm] Fout marge = ±12.4 μm Blauw CFZ = 45 μm Stappenmotor positie getal N [-] Calibratie met schuifmaat: μm/stap Gem. gemeten defocus/stap : μm/stap Verschil maar 2%

32 Defocus z [μm] Stappenmotor experiment Δz = N [μm] Fout marge = ±12.4 μm Blauw CFZ = 45 μm Stappenmotor positie getal N [-] Alle metingen binnen ± 12.4 μm t.o.v. verwachtte rechte lijn Behaalde nauwkeurigheid ongeveer 0.5 pixel verplaatsing

33 Defocus z [μm] Eén, twee, hoppakee! Fout marge = ±12.4 μm Blauw CFZ = 45 μm Meting nummer [-]

34 Help het werkt, wat nu? Samenwerking met Craig Stark, maker van Nebulosity and PhD Poging tot implementatie van het algorithme in Nebulosity!

35 Nieuwe code in C++ Volledig automatisch: slechts twee user inputs: f/# en pixel grootte

36 Om te onthouden: Voor systemen sneller dan f/8 is de maximale verplaatsing van de Bahtinovdiffractie lijnen minder dan 1 pixel van optimaal focus tot de rand van de CFZ. Met software kan de positie van een Bahtinov patroon herkent worden met een nauwkeurigheid beter dan 1 pixel. Met beeldherkenning kan men in 1 of 2 stappen met zekerheid in de CFZ komen. Absolute defocus bepaling met een nauwkeurigheid beter dan ± 15 μm*) is mogelijk op basis van 1 enkele opname voor snelle systemen rond f/5. *) Ongeveer de nauwkeurigheid van een schuifmaat!