Zrozumieć FILTRY

Podstawy dla początkujących
12-02-2021


    WSTĘP

Jak działają filtry optyczne astronomiczne? Co się dzieje za ich przyczyną? Który filtr, jaki daje efekt...?

Ktoś... kiedyś... zapytał, czy warto do filtra Ha (h-alpha) dołożyć filtr UHC, czy to coś poprawi, bo jak wiadomo, filtr UHC wycina szkodliwe LP (Light Polution - światła miasta).
Poniższe opracowanie ma na celu uzbroić początkujących w wiedzę gwarantującą naturalną znajomość odpowiedzi na powyższe pytanie.
Nie będziemy zgłębiać natury fizycznej światła, skupimy się jedynie na praktycznych aspektach tematu.
Wiedza będzie stopniowana w stosownej kolejności, powoli wtajemniczając Was w kolejne zagadnienia.


    OPIS

Światło białe tak naprawdę składa się z widma barw podstawowych takich jak: fiolet - niebieski - zielony - żółty - pomarańczowy - czerwony. Z lewej strony widma, na lewo od fioletu, znajduje się ultrafiolet (UV - Ultraviolet), a z prawej strony widma, na prawo od czerwieni, znajduje się podczerwień (IR - Infrared). Dla oka dostępny jest zakres od fioletu do czerwieni, jednak dla kamer astrofotograficznych dostrzegalne są także ultrafiolet - UV, oraz podczerwień - IR
Zadaniem stosowanych przez nas filtrów, jest wyselekcjonowanie potrzebnego nam wycinka z prezentowanego pełnego widma.
Nadto, jak widzicie poniżej, oznaczyłem w widmie miejsce występowania dwóch kluczowych dla astrofotografii pasm, mianowicie tlen - OIII (czyt. O3), oraz wodór - Ha (czyt. ha alfa)




Bez żadnej przeszkody po drodze (jak widać poniżej) do naszej matrycy/sensora kamerki dotrze pełne widmo światła, od UV, przez całe widmo widzialne, wraz z IR.




Dla uproszczenia dalej będziemy posługiwać się poniższym obrazkiem

BEZ FILTRA



Filtry są niczym zapory dla danych zakresów widma światła, aby wiedzieć, który zakres widma dany filtr nam wytnie, a który przepuści, należy zapoznać się z opisem producenta. Bardzo dobre rozwiązanie przyjęła firma Baader, która na każdym opakowaniu filtra umieszcza identyczny wyjściowy obrazek pełnego widma światła, a nad nim (dla czytelnego zobrazowania) przepuszczany przez dany filtr zakres widma.
Dla przykładu filtr czerwony PUDEŁKO - WIDMO - OPIS



Najbardziej podstawowym filtrem i pewnie pierwszym z jakim w astrofotografii się spotkacie, jest tzw. filtr L, czyli luminancji, lub też inaczej zwanym UV-IR-cut, czyli filtr przepuszczający widmo widzialne, a wycinający promieniowanie ultrafioletowe (UV) i podczerwone (IR), gdyż te, jako takie, w astrofotografii kolorowej i OSC są zbędne, a wręcz szkodliwe dla odwzorowania kolorów.

Poniższy obrazek przedstawia sytuację, gdy zastosujemy filtr L UV-IR-cut, wtedy zakres widma docierającego do matrycy będzie wyglądał jak poniżej. Na lewo zostało wycięte UV, na prawo wycięte IR, środkiem do matrycy przechodzi widzialne spektrum światła, od fioletu, przez niebieski, turkus, zieleń, żółć, pomarańcz, po czerwień. Tak działa filtr L (IR-UV cut).

L (IR-UV cut)


Powyższy filtr nie znajduje zastosowania w obserwacjach wizualnych, z uwagi na fakt, iż oko ludzkie nie jest czułe ani na UV, ani na IR, więc to, co on wycina, w obserwacjach wizualnych nie ma wpływu na obserwowany obraz. Stosujemy go w astrofotografii.


Innym popularnym filtrem w astronomii, już także obserwacyjnej, jest filtr wycinający LP (Light Pollution - światła miast (lamp ulicznych itp.)) Szczęśliwie istnieje rejon widma, w którym skupia się gros tegoż zanieczyszczenia, a przy tym, nie jest on kluczowy dla fotografowanych pasm. Taki filtr u jednych producentów nazywa się on UHC, u innych CLS, lub jeszcze inaczej, tak czy inaczej, ostatecznie jego zadaniem jest wyciąć zakres widma światła, w którym skupia się najwięcej szkodliwego zakresu (oznaczony na biało sektor LP). Zauważcie, że filtr ten wyciął LP, ale pozostawił obszary z bezcennym OIII, oraz Ha, takie jego zadanie. Przy okazji wyciął też UV i IR, abyśmy nie musieli do niego dodawać filtra L.

UHC



Skoro już o pasmach OIII i Ha mowa, dla przykładu sprawdźmy, co z naszego widma przepuści wąskopasmowy filtr OIII

O III

Jak widzimy, filtr przepuścił nam bardzo wąski zakres widma wraz z pasmem OIII.



Dla odmiany wąskopasmowy filtr Ha ?

Ha

Jak widzimy, filtr przepuścił nam bardzo wąski zakres widma wraz z pasmem Ha.



Wróćmy zatem do postawionego we wstępie pytania, czy warto do filtra Ha dołożyć filtr UHC, czy to coś poprawi, bo jak wiadomo, UHC wycina szkodliwe LP (Light Polution - światła miasta)

Przeprowadźmy więc taką symulację, instalując filtr Ha i dokładając do niego UHC

Ha + UHC

Co powiecie? Czy filtr UHC wnosi coś nowego do układu?

Patrz poniżej. Przez szerokie wrota filtra UHC w obrębie czerwieni (1) przelatuje (w pierwotnej formie) przycięta przez filtr wąskopasmowy Ha w miejscu (2) wąska stóżka Ha, a przepustowość filtra UHC w obrębie zieleni i niebieskiego (3) nudzi się bezczynnie, nie mając czego filtrować, gdyż po filtrze wąskopasmowym Ha, tam po prostu już nic nie ma, bo nic on nie przepuścił. Podobnie ma się sytuacja z LP, gdyż filtry wąskopasmowe typu Ha, OIII, SII wycinają większość pasma, w tym LP, więc zapora w UHC dla LP (4) po filtrze Ha, stoi bezczynnie.
Podsumowując, odpowiadając na postawione pytanie, stwierdzamy, iż nie ma sensu do filtra Ha dokładać filtra UHC, gdyż ten nic nowego nam nie wniesie.

Ha + UHC





Dla odmiany przeprowadźmy odwrotną próbę, mając już zamontowany w teleskopie filrt UHC, oddajny do niego filt Ha.
Jak widzimy, filtr Ha miał co jeszcze poprawić po filtrze UHC, odrzucił OIII i okolice (rejon 1), oraz zawęził nam Ha (rejon 2).
Ale czy tego oczekuje użytkownik filtra UHC? Jednak to był tylko taki przykład, aby Wam uświadomić, jak to wszystko działa.

UHC + Ha





Innym etapem wtajemniczenia, w zakresie przycinania pasma przez filtry, jest stosowanie filtrów na krzyż. Zaraz zobaczycie, o co chodzi :)

Jest sobie filtr niebieski Baader tzw. B (od Blue) w zestawu RGB

B



Jest sobie filtr zielony Baader tzw. G (od Green) w zestawu RGB

G



A teraz zobaczmy, co się stanie, gdy połączymy oba te filtry ze sobą.

B + G


Jeden przyciął widmo troszkę z jednej strony, drugi przyciął troszkę z drugiej strony, otwarta/drożna/przepuszczalna pozostała jedynie ich część wspólna, i zgodnie z deklaracją producenta, z połączenia filtrów B i G powstał nam filtr semi OIII.


Dla porównania umieściłem poniżej klasyczny filtr wąskopasmowy OIII, efekt końcowy praktycznie ten sam, można więc posiadając filtry G i B, z powodzeniem symulować i stosować filtr Narrowband OIII.

OIII



W podobny sposób utworzyłem mój nietypowy filtr F550M, patrz TUTAJ






Ale... aby mieć pewność, że rozumiecie naturę prezentowanych tu grafik, przedstawiam poniższe zestawienie. Wszystkie pokazują dokładnie to samo, ale na trzy różne sposoby.

Filtr czerwony - umownie

R


Filtr czerwony - umownie

R



Filtr czerwony - w rzeczywistości

R






    Sprawność filtrów

Aby nie było tak łatwo :) Filtry, to nie są pełne dziury i niedziury, nie jest tak prosto, że jak dziura, to leci wszystko, a jak niedziura, to nie leci nic. Te dziury, to kapryśne są, niektóre puszczają tylko 8 na 10 fotonów, inne 3 na 10, wszystko zależy od tzw. sprawności filtra dla danego zakresu widma.

Tylko brak filtra posiada sprawność 100%, każdy filtr, niestety, jakiś procent przepuszczanego pasma marnuje. Jedne mają sprawność 98%, czyli marnują jedynie 2% docierającego do nich światła, a 98% przepuszczają dalej, inne mają sprawność 80%, czyli marnują 20% docierającego do nich światła, a 80% przepuszczają dalej.

Dla wyrazistego przykładu weźmy filtr o sprawności 70%, czyli taki, który przepuszcza 70% danego zakresu światła, ale przy tym 30% marnuje. Nakręćmy przed kamerką trzy takie filtry, jeden na drugi. Co się stanie? Pierwszy zmarnuje nam 30% docierającego światła, przepuści 70%, kolejny z tych 70% zmarnuje nam kolejne 30% i przepuści 70%, czyli wynikowo już tylko 50%, kolejny zmarnuje kolejne 30% z naszych 50% i przepuści 70%, czyli do matrycy ostatecznie dotrze jedynie 35% pierwotnej wiązki światła.


L + L + L


I znowu wracając do naszego przykładu odnośnie filtrów UHC i Ha

Patrz poniżej. To nie jest tak, jak w uproszczeniu, kilka akapitów wyżej ustaliliśmy, że UHC dodany do Ha nic nie wnosi, no bo w zakresie przycinania zakresu pasma, to nie wnosi on nic, ale... już w zakesie sprawności układu optycznego, ma swój udział (grafika poniżej). Trochę wiązki światła zmarnuje nam filtr wąskopasmowy Ha (w miejscu 1), trochę zmarnuje UHC (w miejscu 2) i do matrycy dotrze mniej, niż gdyby filtra UHC tam nie było.

Ha + UHC



Sprawność filtrów producenci prezentują za pomocą wykresów. Poniżej przykładowy wykres dla filtra UHC. Na lewo jest skala sprawności i idące od niej linie pomocnicze.

Poniższy wykres oznacza, że filtr UHC przepuszcza pewien zakres widma w okolicach OIII, oraz w okolicach Ha, i czyni to ze sprawnością 90%



Lub dla przykładu (poniżej) weźmy filtr wąskopasmowy Ha

Poniższy wykres oznacza, że filtr Ha przepuszcza pewien zakres widma w okolicach Ha, i czyni to ze sprawnością 90%




Dla innego sposobu zobrazowania zagadnienia zastosujemy następujący schemat. Z widma wypływa pionowo 10 rzędów kresek symbolizujących 10 fotonów jako 100%, czyli jedna kreska na każde 10%




Podepnijmy do układu filtr UHC. Jak widzimy, gdzie miał wyciąć, to wyciął, a gdzie miał przepuścić, to przepuścił, tylko... że posiadając sprawność 90%, przepuścił po 9 fotonów z 10, po 1 z 10 zmarnował.





Dopnijmy dodatkowo do filtra UHC, filtr Ha, jak widzimy poniżej, filtr Ha gdzie miał dociąć, to dociął, a gdzie miał przepuścić, tam przepuścił, tylko że posiadając sprawność 90%, z przepuszczonych przez UHC 9 na 10 fotonów, przepuścił po 8 z 9 fotonów, czyli po 1 z 9 zmarnował.
Więc ostatecznie z 10 fotonów wyciekających z widma, do matrycy dotarło nam 8. Wniosek? Nie warto instalować zbędnych "szkiełek" w torze optycznym :)





inna kwestia...

    sprawność filtra a sprawność matrycy


Kolejną kwestią jest sprawność filtra w odniesieniu do sprawności matrycy.

Mam filtr Ha o sprawności 90% ! :D Będę więc łapał 9 fotonów na 10 ! :D Chciałbyś :P

No więc... jest sobie matryca o poniższej charakterystyce sprawności



oraz jakiś filtr o poniższej charakterystyce sprawności



wtedy, przy zastosowaniu tegoż filtra i tejże matrycy, wynikowa sprawność układu matryca + filtr NIE będzie wyglądała jak poniżej, czyli jako część wspólna charakterystyk




lecz jako wynik ich wypadkowej sprawności w danych zakresach




Powyższy obrazek ma charakter poglądowy, precyzyjne wyznaczenie sprawności wymaga badania każdego miejsca dla obu sprawności.


Dla przykładu (poniżej) dla sprawności filtra (1) 80% i sprawności matrycy (2) 70% wynikowa sprawność (3) układu wynosi 56%, gdyż... 70% z 80% wynosi 56%





Wracając więc do naszego przykładu z filtrem Ha o sprawności 90%





Przypasujmy go więc do naszej matrycy, i... wynik nie będzie wyglądał tak jak poniżej




ani nawet tak




lecz niestety tak. Analogicznie do przykładu na wstępie, ostateczny/wynikowy wykres sprawności będzie wynikową 90% sprawności naszego filtra, z 53% sprawnością matrycy, dając nam ostatecznie 48% sprawności układu, gdyż 90% z 53% wynosi 48%.



Czyli... sprawność filtrów, sprawnością filtrów, ale... wiele jeszcze zależy od sprawności matrycy dla danego zakresu.





    "nm" czyli "nanometry"

Są decy-metry 1/10 metra, centy-metry 1/100 metra, mili-metry 1/1000 metra, mikro-metry 1/10 000 metra, no i nasze nano-metry 1/100 000 metra.

Nie musicie pamiętać tego, jaką częścią metra jest rzeczone nano, ale zapamiętajcie, że to są nanometry (nm), bo mając styczność z filtrami, niesposobna nie posługiwać się tą wartością.

Widmo światła, jak każde poznane przez ludzkość medium, także posiada własną "miarkę", a jej wartość jest zależna od długości fali. Dla przykładu, fiolet to 400nm, cyan jako miejsce styku niebieskiego i zielonego to 500nm, i dalej w prawo pomarańczowy to 600nm, głębka czerwień to 700nm. Poniżej 400nm powoli zaczyna się UV a powyżej 700nm IR, a dokładniej to NIR (ang. near infrared) bliska podczerwień.

Jak widzicie, fajnym punktem odniesienia dla nas jest OIII, bo posiada w uproszczeniu wartość 500nm, dla odmiany Ha to już 656nm, warto te dwie wartości zapamiętać, gdyż są najpopularniejsze i stanowią fundament astrofotografii. Są jeszcze SII 670nm, H beta 486nm, NII 658nm.




Do czegóż nam to?

Mamy dwa różne filtry poniżej, dzięki znajomości zakresu ich pracy, bez obrazków, możemy opisać komuś ich szerokość.

Pierwszy, poniższy filtr, pracuje w obrębie od 480nm do 690nm




Dla odmiany niniejszy jegomość, działa od 540nm do 600nm








    Szerokość filtra


Co oznacza filtr OIII 8nm lub filtr Ha 7nm ?

Oznacza to tyle, że producent filtra chcąc stworzyć filtr OIII postanowił wyciąć fragment widma z tym pasmem o łącznej szerokości 8nm, czyli np. od 495nm od 503nm co daje łącznie przedział 8nm


Analogicznie filtr Ha 7nm posiada przedział od 563nm do 570nm






    Filtr 3nm - 7nm - 12nm - 35nm ? Który lepszy ?

Ktoś kiedyś rzekł: "Weź ten filtr 12nm, on Ci przepuści więcej Ha"

Miał rację?

A no nie miał, zaraz wyjaśnię dlaczego :)

Pasma same w sobie są baardzo wąskie, gdyby zrobić tak wąskie filtry, co nie jest tanie, ani konieczne, nie wiem, czy ktoś by złapał ostrość, nie widząc praktycznie nic w kadrze, no, chyba że by miał szczęście i mgławica znajdowałaby się obok baardzo jasnej gwiazdy. Tak czy inaczej, w uproszczeniu, pasma same w sobie są niczym pionowe (wystające na dole kreski) na grafice poniżej, a całe ich otoczenie (oznaczone białymi strzałkami), szersze lub węższe, zależnie od szerokości filtra, to jedynie tło nieba i światło gwiazd. Im szerszy filtr, tym więcej razem z danym pasmem przedrze się nam tła nieba i fotonów od gwiazd, więc tło zdjęcia będzie jaśniejsze, a gwiazdy mocniej wypalone, nic poza tym.



Odnosząc się więc do postawionej tezy, o tym, że szerszy filtr przepuści więcej Ha, jak sami widzicie, więcej nie przepuści, za to, przepuści więcej wszystkiego dookoła pasma.
Na marginesie, wąski ten Ha 3nm, prawda? A no wąski, ale czym jest...


... te 3nm przy filtrze do obserwacji Słońca Coronado Filters Double Stacking Etalon (poniżej) o szerokości połówkowej 0.05nm.
Dla lepszego zobrazowania proporcji, poniżej 3nm i rzeczony Ethalon 0.05nm.








    Stromość zboczy


Ale, aby nie było zbyt prosto, jest jeszcze jeden aspekt, tzw. stromość zbocza. Oznacza ona tyle, że filtry nie tną widma idealnie pionowo jak nóż od... do..., one wchodzą na daną wartość stopniowo, i równie stopniowo z niej schodzą.

Tu trzeba odnotować, że dwa podstawowe typy filtrów, czyli tzw. Wratten i Interferencyjne, mocno różnią się od siebie pod względem charakterystyki wycinania widma, zaraz się przekonacie, co mam na myśli.

Tak czy inaczej...

Wratten - to kolorowe szkiełko, które wygląda jak kolorowe szkiełko, i tym, że jest kolorowym szkiełkiem, pracuje na swoją przepuszczalność widma. Na zakres pracy wchodzi pooowolii, leeeniwie, aby potem pooowolii, leeeniwie z niego zejść.

Filtr interferencyjny - to skomplikowana konstrukcja optyczna, która dzięki swojej budowie, precyzyjnie, nagle, wchodzi w dany zakres pracy, podobnie nagle z niego schodzi.

Dla lepszego zobrazowania poniżej...

Wratten, filtr o płaskim nachyleniu zboczy



Interferencyjny, filtr o stromym nachyleniu zboczy





Kontynuując zagadnienie szerokości filtrów, ale już z uwzględnieniem stromości zboczy. Co dla nas oznacza zakres pasma 20nm? W którym miejscu pagórka mierzona jest jego szerokość? Przy czubku? Przy podstawie? Odpowiedź brzmi, ani jedno, ani drugie. Przyjęło się, że za szerokość pracy filtra uznaje się 50% wysokości jego sprawności, stąd określenie: szerokość połówkowa filtra (szerokość w połowie wysokości). Patrz grafika poniżej.



Powtórzę jeszcze raz, za szerokość pracy filtra uznaje się 50% wysokości jego sprawności. Więc gdy sprawność ogólna filtra wynosi 80% (jak poniżej) a nie 100% (jak powyżej), za połowę wysokości sprawności filtra przyjmuje się 40% sprawności ogólnej i tu dokonuje się pomiar szerokości jego pasma (patrz poniżej).




Teraz taki niuans z zakresu stromości zboczy.

Wyobraźcie sobie, że ktoś Was sprosi o stworzenie bardzo wąskiego filtra z filtrów o płaskich zboczach. Nakładacie wiec na siebie dwie charakterystyki jak poniższe, próbując uzyskać jak najwyższą część wspólną, ale o jak najwęższej szerokości. Słabo to wychodzi, prawda?






Nie uda się, łącząc ze sobą tak rozlazłe powyższe charakterystyki, uzyskać czegoś na wzór poniższego. Przypomina to próbę usypania wieżowca z sypkiego piasku. Poniższą charakterystykę uzyskamy jedynie z filtrami o stromych zboczach. Zasadniczo, w świecie filtrów im zbocza bardziej strome, tym lepsze.






A jak nachylenie zbocza wpływa na obraz przepuszczanego widma?


Filtr o płaskim nachyleniu zboczy


Obraz widma

Wprawne oko, widząc już sam obraz widma, zorientuje się, że ma do czynienia z filtrem o płaskim nachyleniu zboczy, gdyż widmo jest mooocno rociągnięte, pooowooli słabnie na boki od centrum, aby leniwie przejść w czerń 0% przepuszczalności.

Przecież, równie dobrze mogłoby ono wyglądać jak poniżej

Obraz widma

ale wtedy to już wykres sprawności, by wyglądał tak

Filtr o stromym nachyleniu zboczy

i analogicznie...

Filtr o stromym nachyleniu zboczy


Obraz widma

Wprawne oko, widząc już sam obraz widma, zorientuje się, że ma do czynienia z filtrem o stromym nachyleniu zboczy, gdyż widmo jest mooocno skupione, błyskawicznie słabnie na boki od centrum, aby w chwilę przejść w czerń 0% przepuszczalności.

Jak widzicie, intensywność widma odpowiada sprawności filtra w danym miejscu, im widmo mocniejsze, tym sprawność wyższa, im widmo bledsze, tym sprawność filtra w tym rejonie jest słabsza.





    Wykres sprawności w odniesieniu do stromości zboczy z oznaczeniem procentowym











    Rodzaje filtrów z uwagi na zakres pracy


Long Pass Filter | Filtr długoprzepustowy


Filtr tego typu przepuszcza wszystkie długości widma powyżej swojej wartości granicznej, a blokuje wszystkie poniżej tej wartości. Dla przykładu filtr 480nm Long pass przepuszcza 500nm, 550nm, 600nm itd, a blokuje 450nm, 400nm, 300nm.


----------------------------------------------------------❖----------------------------------------------------------


Short Pass Filter | Filtr krótkoprzepustowy


Filtr tego typu przepuszcza wszystkie długości widma poniżej swojej wartości granicznej, a blokuje wszystkie powyżej tej wartości. Dla przykładu filtr 700nm Short pass przepuszcza 650nm, 600nm, 550nm, 500nm itd, a blokuje 750nm, 800nm, 850nm.


----------------------------------------------------------❖----------------------------------------------------------


Band Pass Filter | Filtr pasmowoprzepustowy


Filtr tego typu przepuszcza pewne zakresy obrębu widma w zakresie swojej pracy.


podkategoria Bandpass


Wide Band Pass Filter | Filtr szerokopasmowy przepustowy


Filtr tego typu przepuszcza znaczne obszary zakresu widma w zakresie swojej pracy.


podkategoria Bandpass


Narrow Band Pass Filter | Filtr wąskopasmowy przepustowy


Filtr tego typu przepuszcza wąskie pasma zakresu widma w zakresie swojej pracy.


podkategoria Bandpass


Multi Band Pass Filter | Filtr wielopasmowo przepustowy


Filtr tego typu przepuszcza wiele różnych zakresów widma jednocześnie.


oraz



IR cut Filter


Filtr tego typu przepuszcza widmo od ultrafioletu UV aż do podczerwieni IR, jednak samą podczerwień już wycina. Przepuszcza wszystko prócz podczerwieni.


----------------------------------------------------------❖----------------------------------------------------------


IR pass Filter


Filtr tego typu przepuszcza podczerwień IR, a gdy się ona kończy, to filtr zaczyna wycinać widzialne widmo światła. Przepuszcza tylko samą podczerwień.


----------------------------------------------------------❖----------------------------------------------------------


IR/UV cut Filter


Filtr tego typu wycina i podczerwień IR i ultrafiolet UV, przepuszcza jedynie widzialne widmo światła mieszczące się pomiędzy UV i IR.









    OIII - Zielone czy Niebieskie ? A może jednak turkusowe ?


Na koniec, pytanie zagadka :) Dlaczego filtry B i G z zestawu filtrów RGB Baader zachodzą na siebie zakresem w obrębie OIII ?

Czy może dlatego, że producent postanowił być fajnym wujkiem i jak już wcześniej wspominałem, zapragnął umożliwić nabywcom zestawienie obu filtrów w filtr OIII ?

Problem jest bardziej złożony i zaczyna się od odwiecznego sporu o to, czy OIII jest zielone, czy niebieskie, choć jak widać, na spektrum wypada w turkusie, a więc jest zielono-niebieskie, lub niebiesko-zielone, jak kto woli. Więc, aby uzyskać taki efekt, Baader zmuszony był i filtrem G i filtrem B wejść na OIII.

Dla odmiany dział naukowy ZWO uznał najwidoczniej, że OIII jest jednak zielone, bo charakterystyka ich filtrów wygląda następująco pasmo OIII wypada w obrębie filtra zielonego (G) i jedynie na dole muska niebieski (B). W takim zestawie mgławica M27 będzie zielono-czerwona, a nie jak u Baader-a turkusowo-czerwona. Warto posiadać taką wiedzę, aby w pełni świadomie dokonywać zakupów filtrów.

Astrodon też świadomie (wspominają o tym w opisach) wybrał kolor turkusowy dla OIII, czyli u nich filtry B i G też zachodzą na siebie zakresem.






            SAMODZIELNE BADANIE FILTRÓW

Okazuje się, że w zakresie tego, co do układu optycznego dany filtr wnosi, nie musimy być zdani na deklaracje producentów, a bywają też sytuacje, że trafi w nasze ręce filtr o nieznanej nam charakterystyce, w takim przypadku możemy dokonać samodzielnego badania filtra za pomocą samodzielnie zbudowanego prostego i taniego spektroskopu. Istnieją różnie wersje tegoż urządzenia, ale ja po ich szczególnie wypróbowaniu gorąco polecam tę wersję: Spektroskop - Opis budowy. Nie dość, że jest ona najlepsza z proponowanych, nadto, nie wymaga usuwania powłoki odblaskowej z płyty, ani jej cięcia, a cięcie płyty, czy łamanie, nie jest bezpieczną czynnością, z uwagi na jej twardość i sposób, w jaki pęka, dając ewentualne drobne, ostre, przeźroczyste odpryski latające w powietrzu.


Przykładowe wykorzystanie możliwości, jakie daje nam posiadanie własnego spektroskopu.

Posiadamy filtr L Baader IR/UV-cut oraz stary filtr L GSO IR-cut, oba teoretycznie czynią to samo zadanie, ale fotografując niebo, dostrzegamy, iż w filtrze L GSO IR-cut jakoś dziwnie mało wpada nam do kamerki wodoru (Ha), czyli (h-alfa) a przecież dla nas astrofotografów wodór jest bezcennym pasmem. Ale... posiadają spektroskop, możemy dokonać badania, które ujawni nam przyczynę takiego stanu rzeczy. Przystawiamy przed okienko spektroskopu filtr L Baader IR/UV-cut a po chwili filtr L GSO IR-cut i dostrzegamy, że filtr L GSO IR-cut kończy się wcześniej w zakresie czerwieni niż filtr L Baader IR/UV-cut. Czy to możliwe, dumamy, że producent wypuścił taką lipę i sprzedał nam filtr L ktróy kończy się zakresem pracy tuż przed Ha, zamiast tuż za? Dla pewności bierzemy dla porównania filtr Ha7nm i stwierdzamy ostatecznie, iż nasze domniemanie jest smutnym faktem. GSO w starszych modelach filtra L, od strony czerwieni, zamykało pasmo tuż przed Ha i zamiast wodór wpadać do naszych kamerek na matrycę, jest wycinany wsio przez nasz filtr.

Dla lepszego zobrazowania, poniżej zdjęcia poszczególnych filtrów ze spektroskopu zestawione ze sobą.



Inny przykład.

Czy to prawda, że filtr Neodymowy osłabia zakres widma w obrębie Light Pollution (LP)? Sprawdźmy!

Bierzemy pod spektroskop filtr L oraz filtr Neodymowy i robimy zestawienie porównawcze. Jak widać poniżej, badanie wykazało, iż filtr Neodymowy faktycznie wycina część pasma w obrębie Light Polution (LP)



Ale co tam filtr Neodymowy, zobaczcie jak IDAS LPS-D1 kroi widmo w tym rejonie.



Można też wykonać wiele innych badań, nie trzeba producentom wierzyć na słowo, fajnie jest poczuć empirycznie to, co dla nas nie jest widzialne :)






----------------------------------------------------------❖----------------------------------------------------------



Opisaną w tym poradniku wiedzę wykorzystałem TU i TU Przyznacie chyba sami, że potrafi się przydać astronomowi amatorowi :)




----------------------------------------------------------❖----------------------------------------------------------








    Rodzaje filtrów z uwagi na konstrukcję/budowę



- Absorpcyjne/Pochłaniające/Barwne Wratten

W filtrze optycznym absorpcyjnym jest wykorzystywane zjawisko selektywnej absorpcji światła. Filtry szklane kolorowe są wykonane ze szkła optycznego Schott. Właściwości spektralne tych filtrów są jednorodne w całej ich aperturze i niezależne od kąta padania, i tu ich przewaga nad droższymi filtrami interferencyjnymi. Filtry Wratten zostały nazwane od nazwiska założyciela pierwszej firmy fotograficznej, brytyjskiego wynalazcy Fredericka Wrattena. Oznaczenia filtrów Wratten to system składający się z liczby, po której czasami następuje litera (litery rosną wraz ze wzrostem siły) polecam WYKAZ. Liczba określa kolor filtra, ale nie koreluje z długością przenoszonego pasma.
Ciekawa rozpiska widm podstawowych filtrów https://agenaastro.com/articles/choosing-a-color-planetary-filter.html
Filtry typu Wratten są opłacalne w produkcji i z uwagi na swoją cenę są szeroko dostępne amatorom, są odporne na zarysowania i na czynniki środowiskowe oraz chemiczne.
Niestety, słabe nachylenie zboczy transmisji, sprawia, że nie nadają się do zastosowań precyzyjnych.



- Dichroiczne/Interferencyjne

Filtry interferencyjne wykorzystują efekt interferencji fal w celu otrzymania żądanej transmisji spektralnej. Filtry te są produkowane poprzez osadzanie na podłożu cienkich warstw o różnych współczynnikach załamania. Niestety, właściwości spektralne tych filtrów nie są jednorodne w całej ich aperturze i są zależnie od kąta padania, i tu przewaga tańszych filtrów absorpcyjnych.
Wiele współczesnych filtrów Interferencyjnych to tak naprawdę filtry Dichroiczne, nazywane też interferencyjnymi, ale nie stanowiące w klasycznym rozumieniu filtrów interferencyjnych jak Etalon Ha. Ich budowa różni się w ten sposób, że klasyczny filtr interferencyjny stanowią dwa podłoża z powłokami półprzepuszczalnymi przedzielone na środku warstwą rozdzielającą, natomiast filtry Dichroiczne stanowią filtr o jednym podłożu, barwnym lub neutralnym (bezbarwnym) i napylonymi na nim jednostronnie wieloma odpowiednimi powłokami w liczbach dochodzących do 100 lub więcej.
Polecam niniejszy opis https://www.edmundoptics.com/knowledge-center/application-notes/optics/optical-filters/
Filtry tego typu, są drogie produkcji i z uwagi na swoją cenę są mniej dostępne amatorom, są mniej odporne na zarysowania i na czynniki środowiskowe oraz chemiczne
W zamian, strome nachylenie zboczy, możliwość dowolnego manipulowania zakresami przepuszczania i blokowania, oraz wysoka wartość transmisji sprawiają, że są wręcz stworzone do zastosowań precyzyjnych takich jak Narrow Band, Multi Band Pass Filter, itp.



- Interferencyjne

Filtry interferencyjne w klasycznym rozumieniu stanowią dwa płaskie równoległe podłoża szklane zwane etalonami z napylonymi od wewnątrz powłokami półprzepuszczalnymi przedzielonymi na środku warstwą rozdzielającą. Przykład takiego filtra w astronomii stanowi Etalon Ha.



    Pewne kwestie techniczne filtrów



- Polerowanie płomieniowe

W uproszczeniu polerowanie płomieniowe polega na lekkim stopieniu gorącym płomieniem powierzchni szkła/filtra celem utworzenia gładkiej powierzchni na materiale. Z uwagi na niższy koszt takiego polerowania, często jest ono stosowane w tanich filtrach typu Wratten. Dla odmiany, Baader szczyci się faktem, iż ich filtry barwne serii Lonpass są filtrami polerowanymi optycznie na idealną równoległość, oraz gwarantującą jakość powierzchni dla ćwierć długości fali, twierdząc, że filtry polerowane płomieniowo nie stanowią wystarczająco precyzyjnych elementów optycznych.



- Cięcie filtrów

Istnieją dwa sposoby pozyskania dla nas filtrów okrągłych lub kwadratowych.
Metoda pierwsza. Spory arkusz jest polerowany i powlekany warstwowo w całości, a następnie wycinane są filtry do żądanego rozmiaru. Ta metoda produkcji filtrów jest znacznie tańsza, ale nie gwarantuje ich jakości. Powierzchnia często polerowana jest wspomnianą uprzednio metodą płomieniową, napylone filtry w momencie cięcia poddawane są siłom, którym tak precyzyjna optyka poddawana być nie powinna, mogą także ujawnić się potem jakieś naprężenia, nadto, powłoki w miejscach cięć zostają uszkodzone, co może czasem objawiać się ich dalszą degradacją.
Metoda druga. Filtry są wycinane z arkusza na wymiar, następnie dwustronnie polerowane optycznie na równoległość i gładkość powierzchni, na koniec powlekane warstwowo, a brzegi powłok zabezpieczane. Jest ona dużo droższa, ale gwarantuje dużo lepszą jakość produktu.






Ostatnia kwestia w zakresie filtry i ich wpływ na obrazowanie.


    Długość fali a rozdzielczość obrazowania

Powszechnie wiadomo, że aby oszukać słabszy seeing, fotografując np. Księżyc, wystarczy zastosować filtr IR pass i wszystko będzie ostrzejsze. Wielu jednak nie wie, że za cenę poprawy jakości obrazu, tracimy rozdzielczość optyki, może, więc gdyby taką świadomość posiadali, zamiast od razu stosować filtr 800nm, pierwej by wypróbowali filtr 610nm?
Niniejszy suplement ma na celu zobrazowanie Wam tego zagadnienia.

Tak więc długość fali ma wpływ na rozdzielczość obrazowania.
Dla przykładu, widmo w zakresie 400nm rysuje obraz plamką 2x mniejszą niż widmo w zakresie 800nm, gdyby więc stworzyć filtr Fiolet 5nm (w przedziale 400nm-405nm)




...oraz filtr IR 5nm (w przedziale 800nm-805nm)...


... i kazać im narysować malutki kraterek księżycowy, uzyskany rezultat prezentowałby się jak poniżej. W tym przypadku rozmiar plamki obrazowania nie wynika z szerokości filtra, bo oba posiadają ją identyczną, tj. 5nm, lecz z długości fali, którą rzeczony filtr obsługuje. Fiolet pracuje na 400nm, a IR (podczerwień) na 800nm. Im krótsze pasmo, tym plamka obrazowania w teleskopie jest mniejsza, im dłuższe pasmo, tym plamka obrazowania w teleskopie jest większa.




Jak więc widzicie, nie można bezkarnie celem uniknięcia gorszego seeingu, z obrazowaniem wchodzić coraz głębiej w podczerwień, gdyż tracimy wtedy na rozdzielczości.

Wspaniałym przykładem tego, jak długość fali wpływa na rozdzielczość na granicy dyfrakcji, jest zależność ilości upakowania danych w odniesieniu do długości użytej fali w CD, DVD, Blu-ray. Zobacz GRAFIKĘ

O rozdzielczości w astrofotografii więcej TU






... USYTUOWANIE LOGO NA GRAFICE ZOSTAŁO WYMUSZONE... PRZEZ JEJ BENEFICJENTÓW...
KTÓRZY CHĘTNIE Z NIEJ KORZYSTAJĄ... ALE POZYSKUJĄC... PRZYPADKIEM... ODCINAJĄ LOGA UMIESZCZONE NA OBRZEŻACH







Flag Counter