Телескопы покупают здесь


A A A A Автор Тема: Наши программы расчета оптики телескопов  (Прочитано 40460 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
Посоветовавшись с Д. Серегиным, решил открыть еще одну "поплавковую" тему, которая - судя по сообщениям - имеет для ЛА непреходящую актуальность. Думаю, тема будет способствовать упорядочению работы Астрофорума и созданию благоприятных условий для становления  нашего софта.

Не питаю ни малейших иллюзий ни по поводу коллективного творчества, ни по поводу уровня подготовки нынешнего ЛА, но абсолютно убежден в том, что рано или поздно явится ТОТ, КТО возьмет на себя и решит актуальную задачу сообщества, а наша забота - четко ее сформулировать, т.е. подготовить ключи для ее решения.

В дополнение к нашим программам ABER, LINZIK и ROS, в качестве справочной базы, привожу ссылки на другие программы расчета астрономической оптики, - чтобы было с чем сравнивать и на кого равняться.
В дальнейшем предполагается снабдить их комментариями.


2zlazrresonat (2х-зеркальные лазер.резонаторы): http://yadi.sk/d/9kuUSE7A3MGn0

aber (авторы - братья Сокуренки): http://yadi.sk/d/JYzKZqwj3MHUk

aberrator3: http://yadi.sk/d/zrufshym3Lwou

atmosdemo: http://yadi.sk/d/lSsJbsn03Lx3C

autooptik: http://yadi.sk/d/udoKkBz23Lx90

calcOptCover (расчет многослойных покрытий): http://yadi.sk/d/_lTFYNv63MIfc

codevdocs (только документация): http://yadi.sk/d/UXimbyBz3MInk

dboptic: http://yadi.sk/d/PAbJW-2Q3LxGM

useROS (РОС для пользователей от ekvi): http://yadi.sk/d/igg9zkWOJNZZU

lens: http://yadi.sk/d/XhcWXgKe3MHaY

lensview (программа просмотра патентов на объективы): http://yadi.sk/d/GXUGAezP3MI7a

lenzhodluchey (прогон лучей): http://yadi.sk/d/Tp0AR9Nd3LxMe

linzik (автор А.Г. Водяник): http://yadi.sk/d/IDuiApOz3MHmo

modasng (автор - Иван Крастев, Австрия): http://yadi.sk/d/yPBLYO9f3LxUS

opal_okb (DOS-версия): http://yadi.sk/d/R4kL51I03Lxa0

optalix: http://yadi.sk/d/dDisncIT3Lxj2

opticalab: http://yadi.sk/d/J81FCsSW3Lyci

optik: http://yadi.sk/d/h2mx9QvC3Lxmi

opus: http://yadi.sk/d/uCqp0aeQ3LxrU

oslo (демо-версия): http://yadi.sk/d/1li0DmWe3LxwS

osod (автор - J.Klein): http://yadi.sk/d/hrgE3ewo3Lyku

pointspread: http://yadi.sk/d/zVstLGBx3Ly2K

synopsys: http://yadi.sk/d/YtDjYSdH3MIvg

winspot16: http://yadi.sk/d/eYgIULxc3LyIy

winSpot32 (расчет вне-осевых систем): http://yadi.sk/d/wXecLMG-A4zNL

zemax (версия 6.2): http://yadi.sk/d/gk1yD_qF3LyZi

Среда разработки Delphi7Light: http://yadi.sk/d/N4u6GIV23pgYs

FukoTest: http://yadi.sk/d/_7f2HVdH3pgec

ZEMAX2005 (дефектна): http://yadi.sk/d/q3huxpkv3pgim

ZEMAX2007 (~демо): http://yadi.sk/d/oQu-dvgl3pgmS

TeorRu1 (л-ра по оптике): http://yadi.sk/d/2OmzsNDN3plLo

TeorRu2 (то же, 2й архив): http://yadi.sk/d/mnME4uf03plY2

« Последнее редактирование: 24 Дек 2015 [17:22:51] от ekvi »

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
Хочу ЛА и своих коллег-оптиков предостеречь от увлечения внеосевыми системами - так называемыми "брахитами".
Когда из полноразмерного входного зрачка мы вырезаем несимметричную его часть, то, будучи нескомпенсированной, рабочая часть световой волны "повисает" в воздухе и даёт несоразмерно большую ошибку.

Чтобы проиллюстрировать, о чём идёт речь, рассмотрим внеосевой параболоид.
Вершинная асферичность параболоида (квадрат эксцентриситета e^2 = 1.0) вычисляется по известной формуле (см., например, Н.Н. Михельсон "Оптические телескопы", с. 132 - эта монография есть в лит. подборке http://yadi.sk/d/mnME4uf03plY2):
h = y^4/8R^3 + y^6/16R^5 + ...
В первом приближении ограничимся областью Зейделя, т.е. первым членом этого разложения:
h30 = y^4/8R^3.

При конструировании брахита диаметр охватывающего входного зрачка обычно в 2.5 - 3 раза больше светового диаметра брахита. Из последней формулы следует, что асферичность "охватывающего" параболоида будет в (2.5-3)^4 раз больше асферичности осевого параболоида, имеющего диаметр брахита, т.е. в (39 - 81) раз.
Основная мысль, которую я хочу подчеркнуть, заключается в том, что не следует тешить себя иллюзией, что из-за малости диаметра у брахита каким-то чудесным образом указанные цифры (39-81 раз) сами самой "рассосутся": это никоим образом не произойдёт, и указанную чудовищную асферичность Вам придётся наносить (или компенсировать с помощью сферических корректоров) - со всеми вытекающими из указанных цифр трудностями.

Обосновываю своё предупреждение.
Проведём к параболиду ближайшую сферу сравнения (БСС) и определим максимальную (по слову Н.Н. Михельсона) асферичность "охватывающего" параболоида hmax = h30/4 = y^4/32R^3.

В 1960е годы В.Г. Кукс разработал ОСТ на асферические поверхности (АП), где он БСС назвал более корректно - 3х-точечной сферой, т.к. эта сфера проходит через вершину и краевую окружность АП, а её след в главном сечении АП - проходит через вершину АП и через две точки на её краю.
Расчётные формулы из этого ОСТ приведены в "Справочнике технолога-оптика" под ред. М.А. Окатова, изд. 2-е, на с. 331-332.

Когда мы для брахита из "охватывающего" параболоида вырезаем рабочую зону, то в пределах рабочей зоны остаётся только часть асферичности, вычисляемая по 4х-точечной сфере (см. илл.). Эта асферичность только на ничтожно малую величину меньше 3х-точечной ("максимальной") асферичности. В монографии В.В. Горелика "Изготовление асферической оптики" на сс 118 и 166 приведены хорошие иллюстрации АП с 4х-точечныой сферой:https://yadi.sk/d/BGADhU1_3T79Y3.

Возьмём конкретный пример.
Ф брахита = 200 мм, R = 2000 мм, фокус - 1000 мм. Если бы параболоид был осесимметричным, то его асферичность составила бы величину
hmax = y^4/32R^3 = 100^4/(32*2000^3) = 0.381 мкм.
Ф "охватывающего" параболоида = 600 мм, R = 2000 мм,  фокус - также 1000 мм, 3х-точечная асферичность "охватывающего" параболоида hmax = 31.7 мкм - именно такую асферичность будет иметь брахит, несмотря на то, что его диаметр составляет только 200 мм. Если асферичность 0.381 мкм нанести и выполнить плавно ещё не представляет особого труда, то 31.7 мкм - величина запредельная, и не только для ЛА.

Такие же сюрпризы сулят и так называемые "складные" оптические системы, хотя и состоящие из сферических поверхностей.
К указанным нюансам необходимо ещё добавить ошибки  пространственного позиционирования несимметричных элементов и их юстировки.
« Последнее редактирование: 14 Апр 2019 [10:51:26] от ekvi »

Оффлайн Gleb1964

  • *****
  • Сообщений: 1 169
  • Рейтинг: +93/-2
    • Show only replies by Gleb1964
    Господа !
    На Астрофесте Кока-Кола с меня . Питерская !
    Сосчитайте Пожалуйста универсальную схему контроля для любых любительских зеркал .
    Значения возмем круглые для легкого пересчета на зеркала любых параметров .
    Диаметр метр .
    Фокус три метра .
    Радиус при вершине шесть метров . Парабола .
    От зеркала до линзы К8  4,5 метра . Отчего ее диаметр порядка 250 мм . Толщина 25 мм .

    Вместо линзы поставить пластину и начинать гнуть в гриб ближайшую к зеркалу сторону попутно перемещая предмет вслед за его изображением .
    Получим
                  Sf ?         1,0
R1  00         25          K8
R2    ?      4500         1,0
6000        4500         1,0
R2    ?           25         K8
                    Sf' ?
       Фиделя спрашивал тыщу лет , а он все всякие пуговицы предлагал .
       Спасибо !
Сергей, написал ответ сюда, в теме Владимира Ильича, чтобы он смог сравнить, как его программа оптимизацию делает. Мне кажется, у него проблема с оптимизацией. Оптимизатор Zemax щелкнул задачу как орешек.
Линза 25мм тонковата. Используется диаметр 260мм, поэтому требуется больший диаметр линзы, чтобы был запас. Расчет можно масштабировать, при этом относительные волновые ошибки надо пересчитывать, поскольку длина волны не масштабируется, а амплитуда ошибок масштабируется.
Поскольку длина волны не указана, посчитал для 550нм. Поскольку используется линза, отрезки и степень компенсации зависят от длины волны.
К примеру, для 550нм компенсация достигается при отрезке до линзы 762.73мм и расстоянии 4500мм между линзой и зеркалом,  штрель 0.845, остаточная волновая ошибка PV 0.309 и rms 0.066.
При 600нм отрезки будут 766.31мм и 4492.62мм, штрель 0.905, остаточная волновая ошибка PV 0.276 и rms 0.051.
При 632.8нм отрезки  767.96мм и 4489.72мм,  штрель 0.914, остаточная волновая ошибка PV 0.261 и rms 0.049.


Оффлайн serega2007

  • *****
  • Сообщений: 59 182
  • Рейтинг: +854/-31
    • Show only replies by serega2007
    Спасибо !
    Очень рад , что Вы сразу поняли суть задачи . Хотя говорят , что меня понять сложно .
    Но разбираться с Вашим рисунком придется долго . Нарисую свой и сверим , правильно ли ай эм все понял .
    Из темы Генриха все уберу , ибо критично отозвался о Святой Инкви... ( зачеркнуто ) Науке .
До встречи на Астрофесте !
Ибо на Астрофоруме жизни нет .
                                            Серега .

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
Линза 25мм тонковата.
РОС даёт результат, отличный от результата Zemax'а (см. на илл. график dW): в кольцах Ньютона dWsqv = 0.46 или 0.23 мкм.
dWsqv, приведённый в таблице, рассчитан от плоскости входного зрачка и до фокальной плоскости для прямого положения ОС (по одной из рекомендаций Г.Г. Слюсарева). R линзы и последний отрезок оптимизированы по расчётному минимуму dWsqv.

График построен для обращённой ОС: от фокальной плоскости до плоскости входного зрачка (ВЗ); здесь оптимизировано расстояние до ВЗ и устранены наклоны.
« Последнее редактирование: 16 Апр 2019 [13:49:20] от ekvi »

Оффлайн Gleb1964

  • *****
  • Сообщений: 1 169
  • Рейтинг: +93/-2
    • Show only replies by Gleb1964
Я воспроизвел результат РОС в Zemax.
Обращает внимание, что плоскость изображения (минимума PV фронта) не совпадает с источником на 0.37мм. Когда я сместил плоскость установки к этой плоскости, я получил график оптической разности хода схожий с РОС, амплитудой 0.44 волны.



После этого я провел оптимизацию отрезка от источника до линзы и расстояния между линзой и зеркалом, оставив параметры линзы как в РОС.
Получился волновой фронт с остаточными ошибками амплитудой 0.2 волны.


Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
После этого я провел оптимизацию ...
Да, Глеб, при трассировке лучей через проекционные ОС, т.е. с конечного расстояния на конечное (по крайней мере, так в РОС) автоматическая оптимизация не получается - приходится "валить колоду через пень", т.е. осторожно оптимизировать  один параметр за другим и постоянно следить за Ф светового потока на контролируемом зеркале.

Кроме того, поскольку в РОС в расчётную схему входит вспомогательная фокусирующая система из 2х зеркал, то суммарная ошибка, естественно, больше, чем это было бы без этой вспомогательной системы. Но мне не удалось создать точного алгоритма расчёта проекционных ОС, и приходится для проекционных ОС городить такой огород.

Спасибо, Глеб, за содействие!

Оффлайн serega2007

  • *****
  • Сообщений: 59 182
  • Рейтинг: +854/-31
    • Show only replies by serega2007
Я воспроизвел результат РОС в Zemax.
Обращает внимание, что плоскость изображения (минимума PV фронта) не совпадает с источником на 0.37мм. Когда я сместил плоскость установки к этой плоскости, я получил график оптической разности хода схожий с РОС, амплитудой 0.44 волны.



После этого я провел оптимизацию отрезка от источника до линзы и расстояния между линзой и зеркалом, оставив параметры линзы как в РОС.
Получился волновой фронт с остаточными ошибками амплитудой 0.2 волны.


     Спасибо !
    Теперь , если Вы не соизволите сделать Сами , мне надо доказать , что :
    1 Коректор универсален . Достаточно приставить его например к зеркалу СВ 200 . Фокус метр . Коректор прекрасно справится .
    2 Схема универсальна . Мы специально взяли круглые значения исходных данных . А значит , можем пересчитать в уме или с карандашом мтолбиком схему к любому зеркалу путем кройки и масштабирования . Так для зеркала СВ 200 все радиусы и расстояния уменьшаем втрое и диаметры в пять раз . Получим сразу приличную схему , но для очистки совести , разумеется , пересчитаем .
До встречи на Астрофесте !
Ибо на Астрофоруме жизни нет .
                                            Серега .

Оффлайн Gleb1964

  • *****
  • Сообщений: 1 169
  • Рейтинг: +93/-2
    • Show only replies by Gleb1964
в расчётную схему входит вспомогательная фокусирующая система из 2х зеркал
а РОС считает асферику? Если нужно сформировать на входе точечный источник, а РОС работает только с параллельным пучком из бесконечности, то почему Вам просто не поставить параболическое зеркало+плоское зеркало, разворачивающее пучок назад. Тогда получите безаберрационную точку на оси в строго известном месте.
Оптимизацию линзового корректора нужно делать сразу по двум параметрам - например, первый отрезок и радиус линзы. Я так делал вначале в первом расчете. Потом я округлил радиус линзы до простого числа, и делал оптимизацию по первому отрезку и промежутку линзы до зеркала. Как видно, оптимизируя одновременно эти два отрезка, можно пересчитать схему на другую длину волны (отклонение показателя преломления).
Но если оптимизировать только один параметр за раз, то нужно делать несколько итераций поочередно по двум параметрам.

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
а РОС считает асферику?
Да - все АП (анаморфоты - не АП, их не считает).
почему Вам просто не поставить параболическое зеркало+плоское зеркало, разворачивающее пучок назад.

Плоское зеркало в этом случае не потребуется.
А 2х-зеркальный Бёрч выбран по соображениям малой требуемой апертуры и отсутствия у этой системы полевых аберраций; сферической аберрации - на разумных светосилах - у него также практически нет.

На илл.- 2Л-Оффнер, где в качестве источника ИЗ - вместо 2х-зеркального Бёрча использован параболоид.
И в этом случае результаты для прямой и обращённой схем отличаются на порядок.
Но параболоид - при малых полях - целесообразнее.
Спасибо, Глеб, за настойчивость!
« Последнее редактирование: 17 Апр 2019 [12:18:33] от ekvi »

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
Есть ещё один нюанс в расчёте компенсаторов.
Представлю его на примере контроля параболоида Г. Селевича (1 илл): в качестве компенсатора использован мениск, обращённый выпуклостью к ИЗ (к наблюдателю).
На 2й илл. - оптимизация схемы проведена по минимуму dW+2ro, то есть одновременно, и по волновой ошибке, и по кружку рассеяния.
На 3й илл. - оптимизация схемы проведена по минимуму только dW (только по волновой ошибке).
Разница - почти в 2 раза!
Здесь:
- в Таблице внешних параметров ОС волновая ошибка Wsq посчитана в прямом ходе луча и дана в мкм;
- на графике - результат расчёта  обращённой системы дан в долях колец ньютона (для перевода в мкм нужно результат умножить на n-1, где n - показатель преломления материала, из которого выполнен компенсатор, для данной длины волны света).

Как можно видеть, результаты расчёта для прямой и обращённой ОС - также сильно разнятся.
Точный результат получен для обращённой ОС. Он получается так.
1. Берётся точка на фокальной поверхности и из неё запускается луч в ОС под некоторым углом - до выходной плоскости (ВЗ); если точка взята с полевой точки фокуса, то плоскость ВЗ поворачивается к лучу нормально, если луч запущен из центра изображения - ВЗ не поворачивается.
2. Увеличивается угол, и трассировка повторяется.
3. Расчёт повторяется до краевого значения угла.
4. Вычисляется Wsq волновой ошибки.
5. Производится оптимизация Sp' - последнего отрезка ОС на минимум Wsq (или Wsq+2ro).

По этому алгоритму удаётся получить настоящий минимум Wsq.
При расчёте же прямой ОС результат непредсказуемо варьируется. Объясняется это тем, что на фокальную плоскость (или сферу) луч от разных зон ВЗ падает под сильно разными углами - ввиду большого значения кружка рассеяния. Выбор "опорной сферы", отстоящей от фокуса на некотором расстоянии, также не даёт стабильного результата.

И ещё.  Поскольку в ОС две АП, число лучей, запускаемых во ВЗ, должно быть достаточным, например, 91.
« Последнее редактирование: 20 Апр 2019 [09:03:27] от ekvi »

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
При доработке программы Blends, разработанной командой Ф.В. Горбурова для расчета бленд в двух-зеркальных телескопах, возникла необходимость вставить этот алгоритм как опцию в программу РОС: https://yadi.sk/d/HUqMT6Ggbho_XA

Сейчас опция работает только для одиночных зеркал (без корректоров, менисков и т.п. доп. оптики).
Планирую расширить её применение на все случаи 2х-зеркальных ОС и претворить тем самым замысел перворазработчиков.

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
Теперь расчёт бленд стал возможен практически для всех типов 2х-зеркальных систем, кроме систем с линзами Манжена.
По результатам обсуждения вопросов центрировки объективов рефракторов в Справку программы РОС внесена поправка о 2-х кратном расширении допусков за счёт взаимной компенсации "векторных" ошибок изготовления оптических деталей при их юстировке.
Последняя версия РОС: https://yadi.sk/d/vviS6jkzxqKq4
« Последнее редактирование: 09 Июн 2019 [05:44:55] от ekvi »

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
Закончил "Пояснительную записку" к расчёту и оценке качества оптических систем: надеюсь, начинающие разработчики в ней найдут для себя что-то полезное: https://yadi.sk/i/DDDpx0nfJkGYGA

Оффлайн Дмитрий Серегин

  • ***
  • Сообщений: 236
  • Рейтинг: +9/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Дмитрий Серегин
    • dseregin.nm.ru
Спасибо, а Терибиж всё таки не С.Ю.
Теребиж Валерий Юзефович

Оффлайн ekviАвтор темы

  • *****
  • Сообщений: 3 198
  • Рейтинг: +94/-2
    • Show only replies by ekvi
а Терибиж всё таки не С.Ю.
Дмитрий Александрович, огромное спасибо за бдительность!
Сейчас исправлюсь ...
Опечатка устранена. Ссылка (за тем же номером): https://yadi.sk/i/DDDpx0nfJkGYGA
« Последнее редактирование: 21 Июл 2019 [10:56:12] от ekvi »

Оффлайн Дмитрий Серегин

  • ***
  • Сообщений: 236
  • Рейтинг: +9/-0
  • Мне нравится этот форум!
    • Show only replies by Дмитрий Серегин
    • dseregin.nm.ru
Сейчас  в отпуске, через неделю постараюсь более внимательно посмотреть.