Микроскоп + Телескоп =?15.03.2016 09:37

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.

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 у инженера Брунса у знакомого токаря, либо распечатать на 3D принтере. Картонная конструкция получится хлипкой и недолговечной. Металлическая может оказаться слишком тяжелой и нарушит балансировку монтировки телескопа. Поэтому я выбрал печать на 3D принтере. Для начала, набросок на бумаге:

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. Из-за колебаний нагревающегося на солнце воздуха изображение дрожало, и башня порой принимала самые причудливые формы (раз пример, два пример). Снимать пришлось против света, Солнце было в десяти градусах выше. 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. Я 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.

© Geektimes