На первый взгляд, в заголовке написана какая-то чепуха. Эти оптические приборы совершенно противоположны по назначению, зачем их складывать? Тем не менее я решил попробовать объединить микроскоп и телескоп в единую конструкцию. Моей целью будет получение фотографий Луны через цифровой микроскоп DigiMicro Mobile. Считайте это занимательным экспериментом с оптикой наподобие макросъемки через капельку воды, а не серьезным руководством по астрофотографии.
Немного теории
Принцип действия всех телескопов для визуальных наблюдений (рефлекторов и рефракторов, независимо от их оптической схемы) основан на следующем. Объектив (зеркало или линза), формирует в своей фокальной плоскости изображение объекта наблюдения. Размеры этого изображения как правило составляют миллиметры или даже доли миллиметра. Поэтому наблюдатель рассматривает его через окуляр, как через увеличительное стекло. Так, например, выглядит оптическая схема рефлектора Ньютона.
Что если убрать окуляр и рассматривать «висящее в воздухе» изображение через микроскоп? Чтобы изображение было в фокусе, нужно совместить фокальную плоскость телескопа и предметную плоскость микроскопа. Проще говоря, надо закрепить микроскоп в окулярном узле телескопа.
Эту идею я высказывал еще в июне прошлого года, но до ее воплощения добрался только сейчас. Большое спасибо Юрию из Даджета за то что он поддержал мою идею и прислал устройство для экспериментов.
У меня есть простенький телескоп Celestron Astoromaster EQ 130, который я использовал год назад для наблюдения солнечного затмения в прямом эфире. Если вы читали прошлогоднюю статью, то вы уже знаете что можно легко получить снимок через телескоп, просто приставив камеру мобильника к окуляру. При замене мобильника на цифровой микроскоп, окуляр становится не нужен, его можно снять (практически у всех любительских телескопов окуляры сменные). Следовательно, можно получить более качественные результаты за счет упрощения оптической схемы. В идеале, конечно, можно поместить в фокус телескопа голую матрицу. Именно на таком принципе работают цифровые астрокамеры для телескопов, например такая:
Точно также можно использовать «тушку» от зеркалки, подсоединив ее через T-адаптер. Однако, использовать готовое решение было бы совсем неспортивно. Цель данной статьи — провести интересный оптический эксперимент, а не получить идеальные фотографии.
Некоторые особенности конструкции DigiMicro
Цифровой микроскоп устроен примерно также как и цифровой фотоаппарат. Отличие только в оптических характеристиках объктива, позволяющих получить резкое изображение объектов на расстоянии всего пары сантиметров. Колесо фокусировки DigiMicro позволяет перемещать объектив в очень больших пределах, вследствие чего возникает одна интересная особенность о которой ничего не написано в инструкции. У микроскопа есть два положения объектива при которых изображение получается резким, и, следовательно, два реальных оптических увеличения. Одно из них получается когда объектив находится ближе к объекту съемки чем к матрице, другое — когда все наоборот.
Оригиналы снимков: первый, второй.
В первом случае, изображение на матрице получается крупнее самого объекта съемки. Во втором, проекция уменьшена по отношению к оригиналу, как и в обычном фотоаппарате.
Черно-белый дисплей часов Pebble Steel:
Дисплей смартфона:
Черный хлеб:
Клеймо на серебряном изделии (то самое что я снимал телефоном через каплю воды):
Клеймо на золотом изделии:
Глянцевый журнал:
Наждачная бумага:
Тренируемся на кошках нa муляже Луны
Прежде всего, я захотел прикинуть, поместится ли Луна в поле зрения микроскопа. Фокусное расстояние моего телескопа составляет 650 миллиметров, а средний угловой диаметр Луны на небе — примерно полградуса. Следовательно, диаметр изображения Луны в фокусе составит примерно 5.6 миллиметра. Я распечатал на лазерном принтере маленький кружок такого же диаметра и навел на него микроскоп, выставив увеличение поменьше.
Какая удача! Кружок идеально поместился в поле зрения! При съемке настоящей Луны, площадь матрицы микроскопа будет использована почти по максимуму.
Изготовление адаптера телескоп-микроскоп
Посадочный диаметр окуляров большинства любительских телескопов, и моего в том числе, составляет 1.25 дюйма. Было бы шикарно если бы именно таким оказался диаметр круглой части корпуса микроскопа.
Как вы видите, тут удача меня покинула — диаметр оказался на миллиметр больше, и микроскоп физически не влезал в окулярный узел.
Если бы диаметр был чуть поменьше, можно было бы просто подмотать синей изоленты… А так, придется мастерить более сложный переходник. Можно склеить его из картонных трубочек, заказать металлическую деталь
Переносим в SketchUp:
Печатаем на 3D MC7 Prime mini. Это очень дешевый конструктор для самостоятельной сборки 3D принтера, masterkit продает их сейчас по 15500 р.
Поверхность готовой детали под микроскопом:
Внутренний диаметр оказался на какую-то долю миллиметра меньше чем нужно. Видимо, это произошло из-за того что SketchUp рисует поверхности вращения многогранниками, и за радиус берется значение радиуса описанной окружности. Поэтому наружный диаметр подошел идеально, а с внутренним придется повозиться. Не беда, полилактид легко обрабатывается. Я взял вот такую короткую крестовую отвертку:
Обмотал рукоятку сначала малярным, потом двухсторонним скотчем, и затем полоской наждачной бумаги. Получилась импровизированная фреза.
Десять минут возни с дрелью и все готово. Микроскоп вставляется туго и не болтается.
Слева — линза Барлоу. Ее оправа имеет стандартный диаметр 1.25?, я использовал ее для проверки переходника, чтобы не таскать с собой весь телескоп. А так выглядит вся конструкция в сборе:
Монтировка глубоко провалилась в рыхлый весенний снег :-)
Испытания с телескопом
Из-за пасмурной погоды, я решил провести первые испытания по наземному объекту снятому с большого расстояния (более километра). Таким объектом стала радиотелевизионная мачта высотой 350 метров. Вот она, выглядывает из-за облака:
Дымка немного рассеялась, наводим телескоп:
Оказалось что совместная работа колесиками фокусировки телескопа и микроскопа позволяет плавно менять увеличение, получается что-то вроде трансфокатора. Плохо только что экран микроскопа слепнет при ярком дневном свете, фокусироваться по нему проблематично. Вот что получилось при среднем увеличении:
То что я немного промазал с фокусом стало ясно только после того как я скинул снимок на компьютер. К тому же атмосферные условия оставляли желать лучшего. Снимать пришлось против света, Солнце было в десяти градусах выше. Из-за колебаний нагревающегося воздуха изображение дрожало, и башня порой принимала самые причудливые формы (раз пример, два пример). Тем не менее, связка телескоп-микроскоп работает, в сумерках или ночью может получиться более качественный результат. Фотографировать смартфоном через телескоп гораздо проще, выручает автофокус.
Для понимания масштаба:
Также можно взглянуть на фото снятое c той же точки прошлой осенью в момент «затмения» Солнца верхушкой башни. Напомню что угловые диаметры солнечного и лунного диска примерно одинаковы — около тридцати угловых минут (полградуса).
Для съемки использовался тот же набор оборудования что и для наблюдения за настоящим солнечным затмением год назад.
К сожалению, пасмурная погода до сих пор не позволила мне сфотографировать Луну. Честно прождал почти месяц, но ясной погоды в сочетании с удобной для наблюдения фазой Луны так и не наступило. Я решил прерваться на самом интересном месте и разбить повествование на две части. Во второй части статьи я планирую рассказать о съемке Луны через микроскоп и добиться качества близкого к получаемому связкой того же телескопа с камерой айфона (см. пример 1, пример 2, пример 3). Также затрону тему стекинга и попробую реализовать ручную регулировку экспозиции (камера микроскопа не имеет ручного режима). Поэтому,
продолжение следует...
PS: Приобрести такой же микроскоп можно в интернет-магазине Даджет.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
Комментарии (30)
landy
15.03.2016 10:11+1Возможно я сразу же ошибаюсь и цель такого эксперимента была чисто "спортивной".
Перешел по вашей ссылке на сайт магазина, чтобы посмотреть стоимость микроскопа… и был немного обескуражен.
Стоимость микроскопа 14 500 руб.,
подозреваю в некоторую сумму (2 000 — 3 000 руб.) обошлось изготовление переходника и сопутствующих материалов (молчу про сам 3d принтер, будем считать он уже был и используется в различных областях, а не был приобретен специально для этого).
Так вот, стоимость простейшей CCD матрицы Celestron NexImage 5 (на первом попавшемся сайте): 20 990 руб.
Итого вопрос, зачем? :)
З.Ы. Ааа, понял, когда увидел чей это блог...
beliakov
15.03.2016 10:33+5Ну… Начнем с того что микроскоп достался мне бесплатно по программе http://dadget.ru/cooperation/#blogers. Изготовление переходника тоже ничего не стоило :-)
Итого вопрос, зачем? :)
Лично для меня — "just for fun", также как и остальные статьи по тегу ненормальная астрономия. Да, можно было бы купить матрицу, но это слишком уж "нормально" :-) К тому же микроскоп остался микроскопом и у меня есть еще куча идей по его нестандартному применению.
Для магазина Даджет — это разумеется реклама, клики, просмотры, воронка продаж и т.д. и т.п. Я тоже негодую по поводу обилия рекламных постов. Но по мне уж лучше такая реклама, чем статья с тупым перечислением характеристик очередного смартфона, от автора который даже не отвечает на комменты.
GeckoPelt
15.03.2016 10:52+1Автор, увлекательную тему поднимаешь!
то вы уже знаете что можно легко получить снимок через телескоп, просто приставив камеру мобильника к окуляру
Я летом умудрился так Сатурн снять через телескоп мобильником, с рук
Говноастрофото
beliakov
15.03.2016 11:05Лучше, конечно, телефон каким-то образом закрепить на окуляре. Можно купить готовый переходник, но свой я сделал из пластикового чехла и колпачка от шампуня :)
sharaev
16.03.2016 12:15+2Я снимал луну через мобильник когда ходил в ГАИШ
узреть
qbertych
15.03.2016 11:24Теоретически идея вполне жизнеспособна =).
А на практике будет масса веселья из-за линзы в микроскопе. Во-первых, она изобилует всеми возможными аберрациями; во-вторых, она болтается относительно оптической оси; в-третьих, дешевые линзы в системах, отличающихся от "объект в фокусе — изображение на бесконечности" (или наоборот) — зло. По последней причине конструкция с окуляром и айфоном заведомо круче (в айфоне и линза получше).
artoym
15.03.2016 11:29Теоретически проще брать фотоаппарат со сменной оптикой (зеркалка-беззеркалка), который есть почти у всех и переходник на t-mount. Матрица крупнее, линз лишних вообще нет, дистанционное управление с пульта доступно.
beliakov
15.03.2016 11:30По опыту с айфоном, хроматизм окуляра доставляет некоторые неприятности (радужная каемочка). Убрав окуляр, я от нее избавлюсь.
qbertych
15.03.2016 11:36Что-то мне не верится, что у куска пластика от дядюшки Ляо с хроматизмом лучше, чем у промышленного стеклянного объектива. В принципе, я не удивлюсь, если в микроскоп вы не увидите хроматической аберрации. По той простой причине, что она будет незаметной на фоне запредельной сферической, расфокуса и всего прочего.
beliakov
15.03.2016 11:50Если объектив микроскопа так плох, то почему при использовании по прямому назначению его недостатков не видно? Я все же в него верю:-) Предметная плоскость у него более-менее похожа на плоскость, особых геометрических искажений не видно (посмотрите на фотографии пикселей дисплеев среди примеров). На фотке с башней видно некоторое виньетирование, но оно связано с тем что при выбранном увеличении весь пучок света из телескопа не пролезал в микроскоп. При увеличении побольше, виньеьтка уходит.
qbertych
15.03.2016 12:21+1Геометрия и правда на удивление хороша. Вы со штатива фотографировали? Потому что у предыдущих авторов на фотографиях какой-то ужас творился.
beliakov
15.03.2016 12:33Где-то со штатива, где-то с рук, точно не помню. Чтобы получилось с рук, надо одной рукой плотно прижимать микроскоп к предмету, другой давить на спуск. Между нажатием на спуск и собственно съемкой проходит где-то 0.3-0.4 секунды (выяснил, снимая бегущий секундомер), что позволяет избежать "шевеленки".
Не берусь ручаться, но объектив может быть и стеклянным. Если присмотреться, видно просветляющее покрытие, отражения в линзе — сиреневое и голубое.qbertych
15.03.2016 14:45Хм, любопытно. Вот на Луне и проверите =). С фокусировкой, правда, придется повозиться.
Для фокусировки есть такой прием (не знаю, сработает ли на телескопе). Крепите лазерную указку на штатив. Направляете ее в телескоп. Меняете фокусировку до тех пор, пока точка от лазера на экране не достигнет минимального размера. Готово, осталось направить телескоп на Луну, не трогая камеры.beliakov
15.03.2016 14:57+3У меня есть одна указка, но боюсь она прожжет в микроскопе дырку :) Думаю попробовать фокусировку по звезде с маской Бахтинова. Далее, цитирую Википедию:
Маска помещается перед объективом телескопа. Она состоит из трех решеток, расположенных таким образом, чтобы давать возле изображения звезды в фокальной плоскости инструмента три дифракционных луча, находящихся под углом друг к другу.
Когда меняется фокусировка инструмента, средний луч перемещается относительно двух других. Точная фокусировка прибора достигается тогда, когда средний луч проходит через центр изображения звезды и располагается симметрично относительно двух других лучей.
Изготовить можно из картонки, для правильной разметки щелей есть онлайн генератор — http://astrojargon.net/MaskGen.aspx
Lexi
15.03.2016 13:57Хм, я встречал заметный глазу хроматизм только у кёльнеров. Уже у плёсслов с этим всё в порядке.
Впрочем, занимающиеся этим более серьёзно, используют линзу барлоу с т-адаптером.beliakov
15.03.2016 14:09+1Значит у селестрона такой фиговый плёссл 10 мм в комплекте. Вот пожалуйста — синяя каемочка:
a2v
15.03.2016 13:51Я недавно снимал на телефон через подзорную трубу (х30,60мм) закрепленную на селфи-палке Юпитер с четырьмя спутниками. Даже и не думал, что кто-то еще телефоном астрофотографией занимается (:
beliakov
15.03.2016 13:59Первая попавшаяся ссылка из гугла — https://canadianastronomy.wordpress.com/tag/iphone-astrophotography/
irbius
Вот и появился инструмент на все случаи жизни… Я про 3D принтер домашний.
Ждём полной луны.
Может пока на Юпитер посмотреть ли на Сатурн :)
То что на таких малых дистанциях так воздействует атмосфера — очень наглядно. Именно такие картинки нужно показывать людям принимающим решения о строительстве космических телескопов :)
beliakov
Я сам в успешный результат с Луной не очень-то верю, а вы предлагаете планеты… На единичном кадре там точно ничего не рассмотришь (Юпитер будет примерно того же размера что и красные фонари на вышке). А чтобы снимать серию кадров для склейки, нужна монтировка с моторчиком которой у меня нет. К тому же в камере микроскопа нет ручного режима. Логика "автомата" будет ориентироваться на среднюю яркость кадра и пытаться вытянуть несуществующие детали черного фона. В результате диск планеты будет безнадежно пересвечен. У меня есть кое-какие идеи как побороть эту проблему, но об этом в следующий раз.
Dmitry_Dor
Например,
- Юпитер во время противостояния 09.2010
(Blending из 8 фотографий, выдержка по 2 сек.)Помимо самого Юпитера различимы два его спутника. Причем в данном случае использовался даже не телескоп, а штатный объектив мыльницы на максимальном Zoom-е и последующий кроп при склейке.
beliakov
Я имел в виду серию из нескольких сотен кадров :) Такую серию на неподвижном телескопе можно успеть сделать если записывать видео. Вот например мой снимок Венеры:
Микроскоп из статьи пишет видео лишь 640x480, а минимальный интервал при серийной съемке фото — одна секунда.
Dmitry_Dor