Backfocus - jedno słowo, trzy różne znaczenia

Backfocus jest jednym z najczęściej mylonych pojęć w astrofotografii. Tym samym słowem opisuje się kilka różnych odległości, dlatego najpierw trzeba je rozdzielić.
 
1. Backfocus optyczny teleskopu - położenie płaszczyzny ogniska względem konstrukcji teleskopu.
2. Wymagany spacing korektora / flattenera / reduktora - dokładna odległość od wskazanej powierzchni korektora do sensora.
3. Backfocus mechaniczny kamery - odległość od powierzchni montażowej kamery do matrycy.
 
W większości problemów z gwiazdami w rogach kadru klient tak naprawdę pyta o spacing korektora, a nie o to, czy wyciąg teleskopu ma wystarczający zakres ruchu.
 
Jeżeli dopiero budujesz tor fotograficzny, warto równolegle przeczytać Jak wybrać kamerę astronomiczną? oraz Jak podłączyć kamerę do teleskopu?.

Najważniejsza zasada: mierzymy do sensora

Jeżeli producent korektora podaje Backfocus = 55 mm, oznacza to najczęściej, że od określonej powierzchni odniesienia korektora do płaszczyzny sensora powinno być około 55 mm.
 
Do tej wartości wliczamy wszystko, co znajduje się pomiędzy korektorem a sensorem:
 
• adaptery,
• pierścienie dystansowe,
• OAG,
• koło filtrowe EFW,
• szufladę filtrową,
• rotator,
• tilt plate,
• mechaniczną głębokość samej kamery.
 
Nie mierzymy do tylnej krawędzi obudowy kamery, lecz do matrycy.

Przykład prostego obliczenia

Korektor wymaga 55 mm, a kamera ma 17,5 mm od powierzchni montażowej do sensora.
 
55 - 17,5 = 37,5 mm
 
Na wszystkie pozostałe elementy toru zostaje więc 37,5 mm. Jeżeli koło filtrowe ma 20 mm, a OAG 10 mm, pozostaje:
 
37,5 - 20 - 10 = 7,5 mm
 
na adaptery i spacery.

Skąd wzięło się 55 mm?

55 mm stało się bardzo popularnym standardem przede wszystkim dzięki aparatom DSLR i T-ringom. Wiele flattenerów, reducerów i korektorów komy projektowano tak, aby aparat z odpowiednim pierścieniem T dawał właśnie około 55 mm od gwintu do matrycy.
 
Współczesne kamery astronomiczne mają znacznie krótszy mechaniczny backfocus, dlatego pozostały dystans buduje się z OAG, EFW, szuflad, tilt adapterów i pierścieni.

55 mm nie jest prawem natury

Nie każdy flattener, reducer i korektor wymaga 55 mm.
 
Spotyka się 55 mm, 56 mm, wartości 60-80 mm i większe, a także konstrukcje regulowane. Niektóre astrografy mają korekcję pola wbudowaną i użytkownik nie ustawia klasycznego zewnętrznego spacingu za flattenerem.
 
Zawsze obowiązuje dokumentacja konkretnego korektora w konkretnej konfiguracji teleskopu.

Flattener, reducer i korektor komy - dlaczego dystans jest krytyczny?

Te elementy nie służą tylko do przesuwania ogniska.
 
• flattener koryguje przede wszystkim krzywiznę pola,
• reducer/flattener dodatkowo skraca ogniskową i zwiększa światłosiłę,
• korektor komy koryguje komę teleskopu Newtona.
 
Ich projekt zakłada określone położenie sensora. Jeżeli sensor jest za blisko albo za daleko, układ nie pracuje w punkcie, dla którego został obliczony.

Mogę ustawić ostrość, a rogi nadal są złe - dlaczego?

Wyciągiem teleskopu możemy uzyskać ostrą gwiazdę w centrum kadru nawet przy złym spacingu korektora. Rezultat może wyglądać tak:
 
• centrum jest bardzo dobre,
• rogi pokazują wydłużone lub zdeformowane gwiazdy.
 
Dlatego osiągnięcie ostrości nie potwierdza prawidłowego backfocusu korektora.

Jak wygląda zły spacing?

Jeżeli wszystkie cztery rogi pokazują podobną wadę, a centrum jest dobre, podejrzewamy przede wszystkim symetryczny błąd spacingu.
 
Gwiazdy mogą być wydłużone promieniście albo tangencjalnie. Nie warto jednak stosować jednej internetowej reguły typu "ten kształt zawsze znaczy za blisko". Kierunek zależy od projektu korektora.
 
Najpewniejsza metoda to dokumentacja producenta i kontrolowane testy po 0,2-1 mm.

Regulowany backfocus

Część współczesnych flattenerów ma regulowany pierścień dystansowy. Pozwala to ustawić bazową wartość dla konkretnego teleskopu, a potem dostroić ją na podstawie wyglądu gwiazd w rogach.
 
To dobre przypomnienie, że wymagany dystans nie zawsze jest prostym, sztywnym 55 mm.

Tolerancja - czy 54,8 mm zamiast 55 mm ma znaczenie?

Zależy od układu. W wolniejszym teleskopie i z małym sensorem różnica 0,2-0,5 mm może być praktycznie niewidoczna. Przy f/3-f/4 i dużej matrycy APS-C lub full frame taka różnica może już dawać mierzalny efekt.
 
Im szybsza optyka, większy sensor i bardziej wymagający korektor, tym większy sens ma precyzyjna regulacja.

Filtr zmienia optyczną długość toru

Filtr to nie tylko mechaniczny element. Szkło zmienia drogę optyczną światła.
 
Praktyczna reguła stosowana przy typowym szkle:
 
do mechanicznego spacingu dodaj około 1/3 grubości szkła filtra.
 
Dla filtra o grubości szkła 2 mm:
 
2 / 3 ≈ 0,67 mm
 
Czyli konfiguracja wymagająca bez filtra 55 mm może z 2 mm szkła wymagać mechanicznie około 55,7 mm.
 
To przybliżenie. Dokładna wartość zależy od współczynnika załamania szkła i konstrukcji układu.

Nie liczymy grubości metalowej oprawy filtra jako szkła

Dla korekty optycznej interesuje nas grubość szkła w wiązce. Metalowa oprawa nie daje tej samej korekty optycznej.
 
Natomiast grubość mechaniczna całego koła filtrowego lub szuflady oczywiście wchodzi do fizycznego spacingu toru.

EFW i backfocus

Koło filtrowe ma określoną grubość mechaniczną. W torze:
 
korektor → OAG → EFW → kamera
 
każdy element trzeba policzyć. Dedykowane zestawy jednego producenta często są projektowane tak, aby łatwo złożyć popularny dystans 55-56 mm, ale nie należy zakładać, że dowolna kombinacja elementów automatycznie go zapewni.

OAG - problem miejsca w torze

OAG potrafi zająć znaczną część dostępnego spacingu. Przy 55 mm musimy zmieścić w tej wartości kamerę, OAG, EFW i adaptery.
 
Dlatego cały tor warto policzyć przed zakupem. Przy dużych kamerach używa się często systemów M54 lub M68, aby zachować sztywność i ograniczyć winietowanie.

Backfocus kamery - skąd mierzyć?

Producent kamery powinien podać rysunek mechaniczny. Backfocus może być liczony od czoła gwintu, kołnierza albo powierzchni fabrycznego tilt adaptera.
 
Usunięcie tilt plate może zmienić tę wartość. Dlatego sama liczba np. "17,5 mm" bez informacji od której płaszczyzny nie zawsze wystarcza.

Uwaga na gwinty i długość adapterów

Jeżeli adapter ma 5 mm długości, ale 4 mm wkręca się w drugi element, nie możemy automatycznie dodać pełnych 5 mm do toru.
 
Interesuje nas rzeczywista odległość pomiędzy płaszczyznami odniesienia po skręceniu zestawu. To częsta przyczyna błędów przy sumowaniu danych katalogowych.

Pierścienie 0,1 / 0,2 / 0,5 / 1 mm

Do końcowego strojenia bardzo przydają się cienkie spacery. Pozwalają zmieniać spacing małymi krokami bez przebudowy całego zestawu.
 
Najbardziej użyteczne są zwykle 0,1 mm, 0,2 mm, 0,5 mm i 1 mm.

Jak stroić backfocus w praktyce?

1. Zbuduj tor zgodnie z wartością producenta.
2. Ustaw bardzo dobrą ostrość w centrum.
3. Wykonaj zdjęcie bogatego pola gwiazdowego.
4. Obejrzyj wszystkie cztery rogi w tej samej skali.
5. Jeśli wada jest symetryczna, zmień spacing o mały krok.
6. Powtórz zdjęcie w podobnych warunkach.
7. Porównuj serię testów, nie pojedynczą klatkę.
 
Nie ma sensu przeskakiwać od razu o 5 mm, jeśli wartość bazowa wynosi 55 mm.

Najpierw backfocus czy tilt?

Jeżeli wszystkie cztery rogi są podobnie złe, najpierw podejrzewamy spacing.
 
Jeżeli jeden róg albo jedna strona jest dużo gorsza, bardziej prawdopodobny jest tilt, ugięcie albo nieosiowość.
 
Nie próbujemy naprawiać tiltu zmianą całego backfocusu. To dwa różne błędy.

Tilt - sensor nie jest prostopadły do osi

Tilt może pochodzić z kamery, tilt plate, wyciągu, rotatora, gwintów albo ugięcia ciężkiego toru fotograficznego.
 
Im większy sensor i szybszy teleskop, tym łatwiej go zauważyć.

Backfocus czy krzywizna pola?

Jeżeli refraktor pracuje bez flattenera, naturalna krzywizna pola może sprawić, że centrum i rogi nie są ostre jednocześnie. Nie naprawimy tego tulejami dystansowymi.
 
Potrzebny jest odpowiedni flattener albo teleskop zaprojektowany jako układ płaskiego pola.

Backfocus czy koma Newtona?

Newton bez korektora naturalnie pokazuje komę poza osią. Jeżeli korektora nie ma, samo odsuwanie kamery nie usunie komy.
 
Dopiero po zastosowaniu korektora komy jego wymagany spacing staje się parametrem do strojenia.

Backfocus czy kolimacja?

Zła kolimacja Newtona, RC lub SCT może powodować asymetrię gwiazd w polu. Zanim zaczniemy stroić spacing co 0,2 mm, trzeba upewnić się, że teleskop jest poprawnie skolimowany, wyciąg nie ma luzów, a tor siedzi osiowo.

Duży sensor pokazuje więcej problemów

Mały sensor wykorzystuje głównie centralną część pola. Po zmianie na APS-C albo full frame możemy nagle zobaczyć błędy, których wcześniej nie było w kadrze.
 
To nie znaczy, że nowa kamera jest gorsza. Po prostu rejestruje większy fragment pola optycznego.

Szybka światłosiła = większa wrażliwość

W f/2-f/4 stożek światła jest stromy, dlatego system jest bardziej czuły na spacing, tilt, winietowanie i średnicę filtrów.
 
Właśnie w szybkich astrografach korekta o 0,2-0,5 mm może mieć zauważalne znaczenie.

Czy rotator zmienia backfocus?

Jeżeli znajduje się za korektorem i przed sensorem - tak. Do spacingu wchodzą również manualne i elektroniczne rotatory, OAG, szuflady filtrowe i tilt adaptery.

Backfocus SCT

W klasycznych SCT ostrość ustawia się zmianą położenia lustra głównego. Zmiana położenia akcesoriów może więc wpływać nie tylko na miejsce ogniska, ale również na rzeczywistą ogniskową układu.
 
Przy reducerach SCT szczególnie warto trzymać się zaleceń producenta, ponieważ spacing może wpływać zarówno na stopień redukcji, jak i korekcję pola.

Backfocus RC

RC często ma duży mechaniczny zapas miejsca za teleskopem i pozwala montować rozbudowany tor. Po dodaniu reduktora albo flattenera pojawia się jednak osobny wymagany spacing za korektorem.
 
Dużego backfocusu samej tuby nie należy mylić z dystansem roboczym korektora.

Przykład OSC

Załóżmy:
 
• wymagany spacing 55 mm,
• kamera 17,5 mm,
• szuflada filtrowa 20 mm.
 
Pozostaje:
 
55 - 17,5 - 20 = 17,5 mm.
 
Potrzebujemy więc adapterów dających około 17,5 mm. Jeżeli w torze znajduje się 2 mm szkła filtra, końcowy dystans można orientacyjnie zwiększyć o około 0,67 mm.

Przykład mono + EFW + OAG

Załóżmy:
 
• wymagany spacing 55 mm,
• kamera 12,5 mm,
• EFW 20 mm,
• OAG 10 mm.
 
Suma to 42,5 mm, więc brakuje:
 
55 - 42,5 = 12,5 mm.
 
Taki dystans budujemy odpowiednimi adapterami.

OAG ma jeszcze własną regulację ogniska guidera

W OAG sensor kamery prowadzącej i sensor kamery głównej muszą osiągnąć ostrość jednocześnie. Droga od pryzmatu do guidera musi więc odpowiadać drodze do sensora głównego.
 
To osobna regulacja od spacingu korektora.

Typowe błędy przy liczeniu

• liczenie do obudowy zamiast do sensora,
• doliczanie pełnej długości gwintu, który po skręceniu chowa się w adapterze,
• nieuwzględnienie tilt plate,
• nieuwzględnienie OAG lub EFW,
• pomylenie grubości szkła filtra z wysokością oprawy,
• automatyczne przyjęcie 55 mm bez sprawdzenia instrukcji,
• próba naprawiania tiltu zmianą spacingu,
• próba naprawiania komy bez korektora,
• strojenie backfocusu na źle skolimowanym teleskopie.

Procedura przed zakupem adapterów

1. Sprawdź wymagany spacing korektora.
2. Sprawdź backfocus kamery i powierzchnię odniesienia.
3. Dodaj EFW, OAG, drawer, rotator i tilt plate.
4. Policz brakujący dystans.
5. Sprawdź gwinty M42/M48/M54/M68.
6. Sprawdź wolną aperturę pod kątem winietowania.
7. Uwzględnij szkło filtrów.
8. Zostaw możliwość regulacji o kilka dziesiątych milimetra.
9. Po złożeniu wykonaj test na gwiazdach.
10. Dopiero potem koryguj tilt.

Czy warto ustawiać co do 0,01 mm?

Zwykle nie. Realny zestaw ma tolerancje gwintów, temperaturę, ugięcia, filtry i możliwy tilt. W większości amatorskich układów sensowne są kroki 0,1-0,5 mm.
 
Bardzo szybkie systemy i duże sensory mogą wymagać większej precyzji.

Wartość producenta to punkt startowy, nie wymówka od testów

Wartość producenta należy traktować poważnie. Dokładne optimum może jednak minimalnie przesunąć się przez filtry, tolerancje mechaniczne i konkretny egzemplarz układu.
 
Dlatego końcową ocenę wykonujemy na gwiazdach, zmieniając tylko jeden parametr naraz.

Najważniejszy wniosek

Backfocus w astrofotografii nie oznacza po prostu "odsunięcia kamery od teleskopu". Najważniejszy jest konkretny dystans od określonego elementu optycznego do sensora.
 
Zapamiętaj:
 
• 55 mm jest popularne, ale nie uniwersalne,
• ostrość centrum nie potwierdza dobrego spacingu,
• szkło filtra zmienia drogę optyczną,
• OAG, EFW, rotator i tilt plate zajmują miejsce w torze,
• symetrycznie złe rogi sugerują spacing,
• asymetria częściej sugeruje tilt, ugięcie lub kolimację,
• szybka optyka i duży sensor wymagają większej precyzji.
 
Warto uzupełnić temat artykułami Jak wybrać kamerę astronomiczną?, Filtry astronomiczne oraz Jak podłączyć kamerę do teleskopu?.