¿Qué tiene el diseño de las tres rejillas en una máscara de Bahtinov que hace que su indicación se enfoque de esta manera?

El movimiento de los picos de difracción es similar al enfoque automático de detección de fase que se ha utilizado en las cámaras SLR durante décadas. Antes de los días del enfoque automático, muchas cámaras SLR tenían un visor de imagen dividida que también usaba el mismo principio ¹ .

Para simplificar las cosas, consideremos una máscara con solo dos ranuras en el borde de la abertura.

Ahora consideremos lo que hace mientras nos enfocamos. Voy a dibujar cosas en términos de un refractor, pero usar un reflector realmente no cambia las cosas. Entonces, aquí hay un diagrama simplificado (y drásticamente no a escala) de la luz que proviene de una estrella, atraviesa las dos rendijas de arriba y se enfoca en un plano detrás de la lente:

Entonces, tenemos una estrella a la izquierda, dos rayos de luz que salen de la estrella y viajan a las dos rendijas, atraviesan las rendijas, son refractados por la lente y se enfocan en el plano. La imagen está enfocada cuando los dos rayos de luz vuelven a juntarse precisamente en la superficie de ese plano. Entonces, lo que vemos cuando miramos esto debería ser básicamente una sola línea. Realmente tenemos dos picos de difracción, uno de cada rendija, pero dado que lo enfocamos perfectamente, se alinearán perfectamente entre sí. Entonces, en forma simplificada (y dibujada a mano), lo que vemos mirando esto es una imagen como esta:

Dos picos de difracción, pero se alinean perfectamente entre sí. Dibujé un límite entre los dos, pero en la visualización real, no habrá un límite obvio en el borde de cada pico de difracción, solo veremos básicamente una sola línea.

Entonces, consideremos qué sucede cuando movemos ese plano, de modo que la imagen está desenfocada. Los rayos de luz continúan refractándose exactamente en el mismo grado, por lo que terminamos con algo como esto:

En este caso, podemos ver que los dos no golpean el plano de enfoque en el mismo punto, por lo que veremos dos picos de difracción desalineados:

Eso explica cómo (algunos de) los picos parecen moverse cuando nos enfocamos. Eso deja otra pregunta obvia: ¿cómo obtenemos los otros picos que no se mueven cuando enfocamos? Eso es bastante simple. Si miras hacia atrás en la primera imagen de arriba, hay un hecho crucial a tener en cuenta. Las rendijas son (al menos aproximadamente) tangentes a la abertura.

Para formar los picos de difracción en forma de X, la máscara de Bahtinov usa rendijas que son radiales. Técnicamente, estos todavía se mueven (un poco), pero implica que el pico de difracción se mueve a lo largo de su longitud en lugar de hacia los lados, por lo que es mucho menos visible incluso en el mejor de los casos. También hay poco o nada al final de cada pico de difracción, por lo que no tiene mucho con qué comparar para ver el movimiento.

Más allá de eso, son todas las mejoras de la "interfaz de usuario" para que sea más fácil de usar: más rendijas, cuidadosamente alineadas entre sí, proyectan picos de difracción uno encima del otro, de modo que obtiene lo que parece un solo pico de difracción que es mucho más brillante. La forma de X guía su mirada hacia el lugar que debe mirar para ver si los picos están correctamente alineados, y así sucesivamente.

Ahora, no me malinterpreten: son importantes y definitivamente parte de la genialidad del diseño, pero el principio básico de cómo/por qué los picos parecen moverse entre sí sigue siendo el mismo (y por qué algunos se mueven pero otros no parece).

Diagrama de la página de Wikipedia :

Las diferentes secciones de la máscara crean diferentes picos de difracción usando las rendijas para crear interferencias basadas en el principio de Huygens-Fresnel . Las diferentes secciones crean los picos desalineados debido a su orientación radial.

Cuando el instrumento está desenfocado (ya sea por delante o por detrás del punto de enfoque), los centros de los patrones de interferencia no están alineados: cuando la lente principal o el espejo están más cerca de la máscara que el punto de enfoque, la 'X' estará en el izquierda o derecha del '|' (dependiendo de la orientación y el flipping causado por el resto del tren óptico), y cuando el primario esté más alejado de la máscara que el punto de enfoque ocurrirá lo contrario.

Entonces, para responder a la pregunta de '¿por qué se mueven los picos?' - a medida que cambia la distancia desde el elemento primario a la máscara, el lugar donde se cruzan los rayos de los picos de difracción cambia en consecuencia.

En teoría, podría lograr un efecto similar con solo dos secciones de rendijas con diferentes alineaciones radiales, pero esto dificultaría encontrar con precisión el punto alineado porque solo produciría dos picos.

El principio de funcionamiento es el uso de picos de difracción . Una obstrucción en el camino de la luz, como las aspas de araña de un telescopio reflector, crea un pico de difracción. Montar un borde recto en frente del telescopio hace lo mismo (vea el enlace a continuación). No tengo conocimiento de un artículo que explique la física exacta, pero mover el foco mueve la punta sobre la fuente de luz que lo crea . Así que ese es el principio.

De esta publicación de blog http://www.geoastro.co.uk/bahtinov.htm

La máscara de Bahtinov se compone de tres conjuntos de barras, A, B y C. Cada conjunto de barras creará un pico de difracción.

y

El patrón aparentemente complicado de la máscara ahora se puede reducir al equivalente de un simple soporte de 3 paletas.

seguido por

Las barras en ángulo (B y C) producen los picos en ángulo, y se moverán hacia la izquierda cuando el foco esté inclinado hacia adentro.

en combinación con

Las barras verticales (A) producen la espiga central, y esta se moverá hacia la derecha.

esto resulta en

Entonces, el enfoque perfecto es fácil de identificar porque la punta central debe bisecar las dos puntas en ángulo. El ojo humano es muy bueno para juzgar cuándo un ángulo está exactamente bisecado.

Me gustaría honrar al inventor con un enlace a su publicación en el foro ruso aquí. Y otro método basado en la difracción para lograr el enfoque. Otras lecturas sobre los métodos de enfoque basados ​​en la difracción serían el disco de Scheiner, la máscara de Hartmann y la máscara de Carey. También el intercambio de pilas de física tiene preguntas sobre las máscaras de Bahtinov y Hartman.