Filtrele
Sunt niște elemente plan-optice, fără putere de mărire, fie ea pozitivă sau negativă, care nu afectează lungimea focală sau planeitatea câmpului. Montate în traseul optic, ele blochează sau transmit doar anumite lungimi de undă ale spectrului luminii, în funcție de caracteristicile lor.
Prin construcție și principiul de funcționare, există două tipuri de filtre:
- filtrele de absorbție
- filtrele interfențiale sau dichroice
Filtrele de absorbție
Sunt filtrele colorate. Ele funcționează prin absorbția luminii, nu prin reflexia ei. Ele ajută, în special la astronomia vizuală, în creșterea contrastului anumitor obiecte din sistemul solar, prin absorbția luminii din afara porțiunii în care transmite filtrul.
Dezavantajele filtrelor de absorbție este faptul că nu putem izola foarte bine lungimile de undă dorite. De asemenea, nu putem construi un filtru de absorbție care să poată separa două benzi de transmisie, cum ar fi Hidrogen și Oxigen. Transmisia prin filtrele de absorbție are, de asemenea, pierderi destul de mari, de 20-30-40%. Din aceste motive, filtrele de absorbție nu sunt utilizate în astrofotografie.
Filtrele de interferență
Funcționează prin reflectarea luminii nedorite, nu prin absorbția ei. Se poate obține, astfel, o transmisie crescută și o izolare foarte bună a lungimilor de undă. De asemenea, cu ajutorul filtrelor de interferență, putem transmite mai mult de o porțiune din spectrul luminos, blocând lumina dintre cele două porțiuni (filtrele multi-bandă). Ele sunt definite în două categorii principale, pe care le vom vedea mai jos
Pentru a putea decide ce filtre ne sunt necesare, trebuie să înțelegem, mai întâi, cum analizăm caracteristicile unui filtru.
Un filtru este caracterizat, în principal, de graficul de transmisie. Acesta reprezintă ce procent din lumină este transmis sau blocat, în funcție de lungimea de undă a luminii. Avem mai jos un exemplu de grafic al unui filtru CLS, suprapus pe spectrul luminii vizibile.
Câteva lungimi de undă important de reținut sunt:
- 700nm – peste această lungime de undă este considerat că lumina este infraroșie
- 400nm – sub această lungime de undă, lumina este ultravioletă.
- 672.4nm – Sulf
- 656.3nm – Hidrogenului Alfa
- 486.1nm – Hidrogen Beta
- 495 nm și 500.7nm – Oxigen (Oxigenul emite lumină cu ambele lungimi de undă menționate)
Pe grafice, putem observa, de asemenea, capacitatea de transmisie a filtrului. De obicei, filtrele interferențiale vor avea o transmisie bună, de peste 90%.
Filtrele interferențiale se împart în două categorii:
- Broadband, sau de bandă largă
- Narrowband, sau de bandă îngustă
Filtrele Broadband
Sunt filtrele care blochează o parte din spectrul electromagnetic, dar lasă să treacă porțiuni relativ largi din spectrul pe care îl transmit.
Un exemplu de filtru broadband este filtrul care taie Infraroșu și Ultraviolet (IR/UV cut). Acest filtru este folosit indiferent de tipul de cameră utilizat, deoarece blochează radiațiile care vin din afara spectrului vizibil și care ne-ar deteriora imaginile, în special în cazul în care folosim un telescop refractor. Telescoapele refractoare, fie că sunt acromate, fie că sunt apocromate, indiferent de numărul de lentile, nu vor focaliza niciodată lumina infraroșie și cea ultravioletă în aceleași puncte în care focalizează lumina vizibilă. De aceea, dacă folosim un refractor fără acest filtru, imaginile nu vor fi niciodată clare.
Acestea fiind spuse, filtrul IR/UV cut nu ar trebui să lipsească din arsenalul niciunui astrofotograf.
Un alt exemplu de filtru broadband este filtrul UHC (Ultra High Contrast) sau CLS (City Light Suppresion). Cele două tipuri de filtre sunt destul de similare, în ideea că blochează porțiunea de spectru luminos în care se regăsește, de obicei, poluarea luminoasă. Majoritatea becurilor de pe stâlpii de iluminat stradal sunt becuri cu Sodiu, Mercur sau Neon, care emit lumină în niște benzi restrânse și bine definite.
Diferența între filtrele CLS și cele UHC este faptul că, de obicei, filtrul CLS va avea o bandă mai largă de transmisie, comparativ cu un filtru UHC. Vedem, în exemplul de mai jos, cum filtrul CLS transmite lumină până aproape de banda de emisie a mercurului, în verde, pe când un filtru UHC va bloca o porțiune mai mare din secțiunea verde a spectrului vizibil. Transmisia în roșu a filtrelor este similară.
De aici, putem deduce faptul că un filtru CLS va afecta mai puțin balansul de culori al camerei și va putea reda o culoare mai naturală a obiectelor fotografiate, însă va putea bloca mai puțină lumină parazită decât un filtru UHC.
Un alt lucru la care să fim atenți este faptul că filtrele CLS sunt făcute, de obicei, pentru observații vizuale. De aceea, unele filtre nu vor bloca lumina infraroșie și ultravioletă. Dacă doriți să achiziționați un filtru CLS pentru astrofotografie, va trebui să fie de tipul CLS-CCD sau CLS-CMOS. Filtrele UHC, pe de altă parte, sunt concepute și pentru astrofotografie, deci vor bloca întotdeauna lumina infraroșie și ultravioletă.
Cel mai simplu mod de a vă asigura că filtrul pe care îl cumpărați este corect este să verificați graficul de transmisie, dacă există. Avem mai jos graficul de transmisie al unui filtru CLS-CCD, în comparație cu un filtru CLS simplu. Vedem că filtrul CLS-CCD va transmite doar până la 700nm, blocând orice lumină infraroșie, pe când filtrul CLS simplu nu va face asta.
Exemple de filtre broadband sunt:
- Optolong L-Pro
- Optolong L-Enhance
- Baader UHC și UHC-S
- Baader Neodymium Moon & Sky glow
- Astronomik CLS-CCD
Filtrele de bandă îngustă (narrowband)
Sunt filtre care izolează mult mai bine doar anumite lungimi de undă ale luminii. Rezultatul este un contrast și mai ridicat comparativ cu filtrele de bandă largă, dar necesită timpi de expunere mai lungi pentru a putea avea un raport semnal/zgomot bun. Aceste filtre mai sunt caracterizate și de lățimea benzii de transmisie. Cu cât banda de transmisie este mai îngustă, cu atât filtrul va bloca mai bine orice lumină nedorită.
Un filtru cu o lățime de bandă de 3nm va transmite o porțiune a spectrului luminos mai mică decât unul cu o lățime de bandă de 7nm, deci va reuși să izoleze mai bine lungimea de undă țintă. În același timp, timpul de expunere necesar va trebui crescut, pentru a aduna destul semnal în poză.
Aceste filtre pot transmite o singură bandă sau mai multe benzi (filtrele multibandă).
Filtrele cu o singură bandă sunt recomandate pentru astrofotografie doar în cazul în care utilizăm o cameră monocromatică, pentru că nu suntem limitați de filtrele deja existente dintr-o matriță Bayer, în cazul camerelor color.
În cazul filtrelor cu o singură bandă, principalele filtre utilizate sunt cele de Hidrogen Alfa, de Sulf 2 și de Oxigen 3.
Filtrele multibandă vor transmite mai multe lungimi de undă și sunt utile în cazul camerelor color, în care ne putem folosi de mai mult decât 25% din pixeli pentru a captura informațiile.
Spre exemplu, filtrul Optolong L-Extreme va transmite emisiile Hidrogenului Alfa și cele ale Oxigenului 3, iar lățimea de bandă va fi de 7nm. Filtrul L-Ultimate va transmite aceleași linii de emisie, dar lățimea benzilor va fi doar de 3nm.
Ce înseamnă lățime de bandă? Lățimea de bandă descrie “toleranța” filtrului la lungimea de undă a luminii transmise, măsurată la jumătatea graficului, adică la jumătatea puterii de transmisie, acel punct fiind numit Full Width Half Maximum (FWHM). Dacă avem un filtru de bandă îngustă care transmite lumină la 500nm și are o lățime de bandă de 6nm, măsurată la jumătatea graficului, înseamnă că filtrul acesta transmite lumină cu lungime de undă între 497nm și 503nm.
Filtrele de interferență sunt sensibile la unghiul de incidență, ceea ce înseamnă că lumina trebuie să cadă cât mai perpendicular pe suprafața acestora. Dacă lumina cade incident pe suprafața acestora, banda de transmisie se va muta în spre roșu sau spre albastru, în funcție de unghiul luminii.
Cu cât raportul focal al unui ansamblu optic este mai mic, cu atât razele de lumină focalizată vor descrie un unghi mai mare față de axa optică.
De aceea, filtrele de interferență vor avea un raport focal minim până la care pot fi utilizate fără degradarea performanței. Există, de asemenea, filtre special concepute pentru a putea fi folosite până la rapoarte focale de F2. Dacă sistemul dumneavoastră optic se apropie de acest raport focal (valabil în cazul catadioptricelor RASA sau HAC), este necesar să folosiți un astfel de filtru pentru a obține rezultatele corecte.
Dimensiuni și metode de prindere ale filtrelor
Filtrele vin în mai multe dimensiuni și metode de prindere.
- 1.25” – unul din cele două standarde de montaj ale filtrelor pentur oculare, cu filet de 31mm. Funcționează bine împreună cu camere cu senzori mici, pot fi folosiți chiar și cu senzori cu format Micro 4/3, dacă sunt montate cât mai aproape de senzor.
- 31mm nemontat – doar sticlă, fără ramă, ce pot fi montate în sertare sau roți de filtre, folosind șuruburi și măști pe margine. Funcționează fără să vigneteze cu senzori cu format mic, de maxim Micro 4/3 (IMX294 sau ASI1600)
- 36mm nemontat – doar sticlă, fără ramă, ce pot fi montate în sertare sau roți de filtre, folosind șuruburi și măști pe margine. Necesare dacă utilizăm o cameră cu senzor APS-C.
- 2” – celălalt standad de montaj ale filtrelor pentru ocularer, cu filet de 48mm. Necesar pentru camere cu senzori APS-C sau mai mare, sau dacă este montat în fața unui corector de câmp.
- T2 – deși nu foarte des întâlnit, unii producători, cum ar fi Astronomik, oferă filtrer montate într-o ramă cu filet T2.
- Alte standarde de filtre nemontate, pătrate, de diferite de dimensiuni.
Un alt standard de montaj este cel de tip clip-in, conceput special pentru camere DSLR/Mirrorless. Sunt filtre pătrate, ce pot fi montate în interiorul camerei, între senzor si obiectiv.
Accesoriile opționale
Pe lângă toate echipamentele despre care am discutat, mai sunt și anumite echipamente fără de care putem realiza fotografii cu succes, dar care ne-ar face viața puțin mai ușoară.
Focalizator electronic – acesta este un dispozitiv motorizat, conectat cu o cuplă flexibilă sau cu o curea la focalizatorul telescopului și, printr-un cablu, la computerul de control, ce permite focalizarea telescopului fără să îl atingem. De asemenea, putem folosi rutine de autofocus din programele de control pentru a obține o focalizare perfectă și pentru a putea menține acea focalizare pe parcursul nopții, prin urmărirea dimensiunii stelelor și prin declanșarea de rutine de autofocus când aceasta crește, sau prin aplicarea compensării odată cu scăderea temperaturii.
Atenție: unele focalizatoare electronice sunt recomandate pentru a fi montate doar pe reductorul de 10:1 al focalizatorului telescopului și nu pot mișca reglajul grosier (PrimaLuce Sesto Senso, QHYCCD Q-Focuser High Precision). Alegeți focalizatorul electronic în funcție de acest factor.
Roată sau sertar pentru filtre – aceste accesorii ne ajută să schimbăm mai ușor filtrele, fără a fi necesar să dezasamblăm ansamblul optic. Sertarul este mult mai potrivit camerelor OSC, deoarece, cel mai probabil, nu va fi necesar să schimbăm filtrul pe parcursul nopții, dar poate fi ușor înlocuit în caz că se dorește.
O roată de filtre este mai potrivită unui sistem cu cameră monocromă, dacă dorim să automaizăm schimbarea filtrelor pe parcursul sesiunii. De asemenea, roata va și proteja filtrele, fiind un sistem închis. Roțile de filtre pot fi manuale sau electronice. Cele manuale vor avea un număr pe margine pentru a putea determina ușor ce filtru folosim. Cele electronice vor fi conectate la PC și vor fi controlate electronic prin software-ul de astrofotografie. Când alegem o roată sau un sertar de filtre, este important să luăm în consideare dimensiunea filtrelor ce urmează să le folosim și să alegem variantele potrivite de roată sau sertar.
Flat Panel – fie că vorbim de unul automatizat, conectat la sistemul de control, sau unul simplu, un flat panel ne va fi de ajutor în momentul în care trebuie să realizăm cadrele de calibrare. În timp ce, cu unul automat, vom putea integra acest pas într-o secvență din software-ul de astrofoto, cel simplu va putea fi folosit manual înainte sau după ce realizăm cadrele principale. Un flat panel simplu poate însemna un panou LED, o aplica ușor modificată (avem niște tutoriale despre asta) sau chiar ecranul unui laptop sau tabletă.
Sistem de distribuire a alimentării dispozitivelor – acest accesoriu ne ajută să creăm o rețea de alimentare pentru toate dispozitivele folosite (cameră, montură, etc.)
Există mai multe opțiuni. Cel mai simplu distribuitor de putere este un cablu splitter. Poate fi găsit la secțiunea de camere de supraveghere. Atenție ca mufele să fie compatibile cu mufele echipamentelor voastre! De cele mai multe ori, mufele folosite în astro sunt DC 5.5mmx2.1mm, centru pozitiv.
Un alt tip de distribuitor este un powerbox cu hub USB integrat, dar fără a putea fi controlat prin PC, adică alimentarea nu poate fi întreruptă. În cazul în care este controlabil prin PC, putem întrerupe alimentarea anumitor dispozitive prin software. De asemenea, unele pot controla alimentarea încălzitoarelor anti-rouă și pot oferi detalii despre temperatură și umiditate, pentru a automatiza puterea aplicată încălzitoarelor anti-rouă. Aceste powerbox-uri au și un hub USB integrat.
Dacă utilizăm un computer dedicat, cum ar fi ASIAIR, ToupTek StellaVita, etc, acestea au porturi de alimentare integrate, din care putem prelua curent pentru a alimenta echipamentul.
Baterie / Power Station – deși este trecut la accesorii opționale, acesta este de nelipsit, dacă vrem să facem astrofoto în deplasare. Alimentarea echipamentelor de astrofotografie se face, în 99% din cazuri, cu DC de 12V.
Acest curent poate fi luat de la o baterie simplă cu plumb-acid (bateria de mașină, de UPS, de motocicletă, etc.), de la o baterie LiFePO4, sau un generator solar din comerț.
Cabluri – De preferat, cablurile folosite trebuie să fie destul de lungi încât tot telescopul să se poată roti pe montură fără ca vreun cablu să se agațe sau să devină tensionat. Ne putem folosi de cablurile cu care primim diverse accesorii, dar un upgrade ar fi să folosim cabluri de silicon, deoarece acestea nu vor deveni rigide la temperaturi scăzute. Toate aceste cabluri pot fi învelite în huse sau învelișuri de plastic, spiralate sau țesute, pentru a elimina din posibilitatea ca unele cabluri să se agațe.
Încălzitoare anti-rouă – Aceste benzi sau pad-uri (pentru oglinda secundară) se folosesc de un element rezistiv (nicrom, carbon, etc.) care, alimentat la tensiune, generează căldură. Încălzitoarele funcționează, de obicei, ori cu 5V (cu mufe USB), ori cu 12V, și pot fi alimentate dintr-un controller separat sau pot dispune fiecare de un controller montat pe cablu.
Încălzitoarele alimentate la 5V trebuie alimentate din porturi USB speciale, care sunt capabile să alimenteze aceste dispozitive cu mai mult curent decât un port USB de computer. Aceste porturi pot fi ori parte din bateria principală, ori o baterie externă folosită la încărcarea telefoanelor.
Controller încălzitoare – Dacă am ales să nu utilizăm o soluție de distribuire a alimentării fără un controller integrat, iar încălzitoarele anti-rouă sunt alimentate la 12V și nu dispun de controller pe cablu, avem nevoie de un controller pentru încălzitoare, pentru a putea stabili exact nivelul de putere aplicat fiecărui încălzitor în parte.
